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一克價(jià)值過億，內(nèi)嵌富勒烯憑什么這么貴？
文章來源：賢集網(wǎng)     更新時(shí)間：2024-01-03 15:12:39
英國牛津大學(xué)的科學(xué)家們曾經(jīng)宣稱，他們的一間衍生實(shí)驗(yàn)室正在生產(chǎn)內(nèi)嵌富勒烯，而且他們已經(jīng)以每200微克3.2萬美元的價(jià)格售出了他們的第一份樣品。這個(gè)重量只有一朵雪花的1/15，或者說人類一根頭發(fā)的1/3。


目前全世界只有一家實(shí)驗(yàn)室在生產(chǎn)它。


那么問題就來了，既然這東西這么值錢，為啥沒什么人去生產(chǎn)呢？還有這種內(nèi)嵌富勒烯到底是怎么回事，它又有何用途讓它能夠如此值錢？


1、內(nèi)嵌富勒烯到底是什么？


很多人可能從“烯”字就已經(jīng)知道它和碳有關(guān)系，事實(shí)也是如此，富勒烯就是一種碳的同素異形體，而“內(nèi)嵌“則表示的是這個(gè)同素異形體內(nèi)部還存在一些原子或者分子。





碳是目前已知最“通用的”元素，它允許碳原子以各種各樣不同形式排列，然后形成各種同素異形體。


我們常見的比如有鉆石——這可能是最受歡迎的碳同素異形體，其碳原子以晶格形式存在，然后碳分子以四面體角鍵合，形成非常牢固的結(jié)構(gòu)。


再比如石墨，這是最常用的碳同素異形體，常見于鉛筆芯，其碳原子以片狀或?qū)訝盍呅舞偳抖询B并粘合在一起的形式存在。


另外比較出名的還有石墨烯——碳原子以單片石墨的形式存在，我們今天的主角富勒烯正是來自于石墨烯。


但與石墨烯不同的是，富勒烯是將單片碳原子形式轉(zhuǎn)變成了一個(gè)“球狀”，每個(gè)分子由60個(gè)碳原子組成，而這60個(gè)原子組成了20個(gè)六邊形，以及在六邊形中散布著12個(gè)5邊形。


不知道你看到富勒烯的結(jié)構(gòu)想到了什么，總之它的命名是按照測地圓頂?shù)耐茝V者巴克明斯特·富勒（Buckminster Fuller）的名字命名的。


富勒烯的內(nèi)部是空的，所以就有了內(nèi)嵌的概念，簡單地說就是往里面填入其它原子或者分子等更小的微粒，這樣就變成了內(nèi)嵌富勒烯。


內(nèi)嵌富勒烯分子幾乎違反了化學(xué)鍵合的普通定律，因?yàn)閮?nèi)部的原子或者分子與富勒烯的關(guān)系就像是容器和容物的關(guān)系，不存在化學(xué)鍵合。


在所有內(nèi)嵌富勒烯中，最特別的是 N@C60（xx@C60就是表示內(nèi)嵌富勒烯的，@表示xx在富勒烯內(nèi)部，N@C60就是指富勒烯內(nèi)部是1個(gè)氮原子），我們前面說到的最貴成交材料正是這個(gè)。


內(nèi)嵌富勒烯其實(shí)很早就出現(xiàn)了，但是最初它內(nèi)嵌的基本都是非常惰性的物質(zhì)——比如氦、氖等，內(nèi)嵌一個(gè)像氮原子這樣“活潑”的還是剛剛出現(xiàn)的。


事實(shí)證明，由于氮電子擁有較長自旋壽命，它是制造精確原子鐘的關(guān)鍵，而N@C60可能成為未來原子鐘的關(guān)鍵材料。


2、為什么內(nèi)嵌富勒烯那么貴？


內(nèi)嵌有氮原子的內(nèi)嵌富勒烯生產(chǎn)難、分離難、保存難，所以才特別昂貴。這種分子生產(chǎn)難度非常大，一般是在室溫下用氮離子轟擊C60的方法制得的，大多數(shù)氮離子或者擊不破C60碳籠，或者把碳籠打碎，只有極少數(shù)能量合適，轟擊角度正好的氮原子才能夠擊破碳籠，剛好耗盡氮離子能量，而后碳籠又自己修復(fù)好，才能得到氮內(nèi)嵌富勒烯；而把這生產(chǎn)出來的不到萬分之一的氮內(nèi)嵌富勒烯從其他C60中分離出來并純化，也是一個(gè)極其艱巨的任務(wù)。


最后，內(nèi)嵌有氮原子的富勒烯不太穩(wěn)定，保存起來也非常困難。“一個(gè)單個(gè)的氮原子非常容易活潑，如果沒有富勒烯C60這個(gè)碳籠對(duì)他進(jìn)行保護(hù)，瞬間就會(huì)與其他物質(zhì)反應(yīng)，所以是一個(gè)極其不穩(wěn)定的自由基。





將氮原子放進(jìn)富勒烯碳籠里面之后，如果沒有外界的打擾，它就會(huì)長期保持穩(wěn)定；而如果一旦受到光、熱等因素的影響，它就會(huì)從籠子里跑掉,所以保存氮內(nèi)嵌富勒烯必須避光和低溫。


3、為什么目前只有一個(gè)實(shí)驗(yàn)室在生產(chǎn)它呢？


其實(shí)，現(xiàn)在已知有幾種方法可以合成N@C60，這不是什么秘密，有許多文獻(xiàn)都寫的很清楚，但是所有這些方法都需要極端條件，難以生產(chǎn)。


這是因?yàn)橥苿?dòng)氮原子通過碳籠在熱力學(xué)上是非常不利的，我看到這個(gè)團(tuán)隊(duì)在回復(fù)采訪的時(shí)候是這樣形容的：在化學(xué)上要把氮推入富勒烯等同于將水推上山。


不僅難以生產(chǎn)，而且生產(chǎn)過程中失敗的概率遠(yuǎn)高于成功，這意味著需要提純，而提純的難度也異常大。


現(xiàn)在唯一生產(chǎn)N@C60的團(tuán)隊(duì)是牛津的Designer Carbon Materials，他們在牛津大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成制造。


制造過程很透明，他們將富勒烯在真空室中蒸發(fā)，制造一個(gè) C60 薄膜，然后讓氮離子噴射到薄膜表面。


在這個(gè)過程中，其中一些氮離子就會(huì)被捕獲并進(jìn)入C60薄膜中，形成所需的N@C60分子，但是效率非常低——每得到一個(gè) N@C60 分子都將消耗大約10000個(gè)C60分子（氮原子停留在其表面）。


而要讓這一個(gè)N@C60分子從10000個(gè)無氮 C60 分子中提取出來非常困難，因?yàn)镃60和 N@C60的化學(xué)性質(zhì)幾乎相同，目前主要是通過一種被稱為高壓液相色譜的技術(shù)將兩者分離。


總得來說，生產(chǎn)N@C60是非常困難的，它的實(shí)際成本非常高，這是它貴的原因所在，而不是因?yàn)樗挠猛居卸啻蟆?/span>


其實(shí)，我們從N@C60最初的成交是用于研究，而不是商用，也能知道它其實(shí)是因?yàn)槌杀靖卟刨u得很貴的，不會(huì)有太多利潤空間。


因?yàn)槟阗u太貴，很難吸引別人買去研究，別人不去研究，你就沒有商用的機(jī)會(huì)。


不僅利潤空間有限，而且現(xiàn)在N@C60作為原子鐘也沒有得到更大的應(yīng)用，只是處在研發(fā)階段，還有一些問題需要解決。


換句話說就是市場到底會(huì)是什么反饋并不是很清楚，所以沒人去做是正常的。


另外，這東西的成本貴有一方面自然是它前期的投入會(huì)很高，很少有人愿意會(huì)為一個(gè)未知的領(lǐng)域投入太多。


但是，只要這東西真的有市場，立馬就會(huì)有很多資金流入去研究它，到時(shí)候價(jià)格被打下來是肯定的。

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來源：賢集網(wǎng)
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