《科学家谈物理》第三辑－－一个新的足球烯家族.pdf

内容简介 以 C 为代表的全碳分子是近年来发现的碳的一种新形态，全碳分子及 60 其固态构成了石墨和金刚石之外的纯碳的第三种稳定的同素异构体，被人们 通俗地称为足球烯。本书扼要介绍了它及它的家族的发现过程、结构和对称 性、新颖奇特的物理、化学性质以及潜在的应用前景。 前 言 我们生活的自然界丰富多彩而又神秘莫测.富于探索和进取精神的人类 总是力图揭开笼罩在科学之上的神秘外衣，探索自然的真谛.人类正是在不断 认识自然并改造自然的过程中一步步向前发展的.科学技术的进步，推动了人 类文明的进程.回顾人类历史的足迹，每一次重大的发现和突破无不带来人类 文明的一次飞跃，导致一场巨大的科学革命和技术革新.燧石取火和制造工具 开始了人类文明的起点；轮子的发明导致方便快捷的交通工具的出现；蒸汽 机和内燃机的发明将人类带到机械化时代；电的出现从根本上改变了我们整 个地球的面貌，人们从此和电结下了不解之缘；而半导体的出现和晶体管的 发明则带来了20世纪的科学曙光，以电子计算机为代表的一批高新技术领域 的出现标志着我们进入了人工智能和高速信息化时代.人类在漫长的生产实 践和科学实验的过程中，积累了丰富的科学知识，创造了灿烂的现代文明. 人们的认识活动由宏观到微观，由低速到高速，从陆地到天空，人类正是在 不断认识自然并利用科学知识改造客观世界的过程中逐渐向前发展的，并最 终成为地球的主宰. 自然的奥秘是无穷的.由于客观条件的限制，人类认识自然的过程是曲折 的.人类文明发展的历程，呈现一种跳跃式的变加速运动.重大的发明或发 现，往往是科学进步的催化剂.回顾人类文明的历史，人们的认识经历了一个 由浅入深、由低到高的发展过程.在某种程度上说，科学只具有某一特定范围 和一定认识水平上的相对性.随着认识的深入，新事物向旧事物提出挑战，科 学也不断发展和完善.19世纪末，当英国勋爵开尔文自豪地宣称物理学大厦 的基石已基本建成的时候，由于 “晴朗天空中两朵小小的乌云”导致了相对 论和量子力学的诞生，经典物理学的大厦被动摇了.过去人们一直按结构将固 体分为晶体和非晶体两大类，1984年人们从实验上发现一种介于晶态与非晶 态之间的物质新凝聚态——准晶，改变了人们的传统观念.而在 1985年以 前，人们一直相信自然界中的碳存在两种同素异形体：金刚石和石墨，这两 种物质都是三维无限的网状固体，不存在单个的碳分子.然而英国物理学家克 罗托 （H. W. Kroto）和美国科学家斯莫利 （R. E. Smalley）等人具有划时 代意义的发现宣告了碳的第三种稳定的同素异型结构的诞生，从此所有教科 书的提法都得改变. 20世纪80年代中期，是科学发展史上一个不平常的时代，一系列重大 的发现和突破预示着科学技术的一场巨大变革.人们不会忘记那个激动人心 的年代.准晶的发现，纳米材料的认识和利用以及高温超导体和C 领域的蓬 60 勃兴起，开辟了物理学发展的新时代.1986年贝德诺尔茨 （J. G. Bednorz） 和米勒 （K.A.Müller）发现的高临界温度氧化物超导体是超导研究史上一个 划时代的突破，并由此导致一场规模空前、席卷全球的高温超导热.然而在此 之前的1985年，克罗托等人已经从实验上发现一种呈足球结构的全碳分子— —C ，这个注定要脱颖而出的漂亮 “足球”，当时并没有引起人们的关注和 60 重视.这一方面可能是空前的高温超导研究竞赛的硝烟多少掩盖了 C 的光 60 芒，而主要原因是因为人们尚不能获得足够数量的 C 来研究其物理化学性 60 质.1990年克拉茨奇默 （W.Krätschmer）等人首先发现有效较大量制备 C 60 的方法以后，立即揭示出 C 具有一系列新颖而奇特的物理化学性质，显示