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美伦美奂的穹顶建筑与材料的微结构-第2章

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坏轿宥郑患蹸3的运输机就从美国把这个运到喀布尔,然后当地不懂得穹顶建筑的功能,就把它安装起来,为什么呢,他就把不同的接头,画成不同的颜色,油漆上不同的,红的、绿的、蓝的、紫的,工人只要把不同的颜色铝管都在一个接头接起来,就搭起来了,两天就搭起来。 

    那么我们下面看一看,很美观,就是美国金属协会的办公楼,美国金属协会是一个很大的企业,这个办公楼,大家看到隐隐约约的,它是十几层的办公楼,两座,他用一个整个的穹顶建筑把它包起来,十几层楼应该有三十米,所以这个高度超过一百米,那么底座更大,两三百米,我们下一个可以看看它的穹顶,这个顶基本是六边形的,里面再加上点钢丝,但是它因为很大了,我只照了它一部分,一个半球总要有六个,它假如是不到半球,它也有几个正五边形。现在只能看到一个大半球,很美,这是美国在1967年,在加拿大蒙特利尔的世博会上的建筑。这个请大家注意,碳60就是受到这个穹顶建筑的启发而定下来的,这是一个很高的,很美的建筑。 

    下面我们再看,这是我们大连,现在在国内也推广这种建筑,大连最繁华的地方,友好广场也盖了一个几十米高的这种球,最后Buckminsterfuller出了名了,所以TIME,大家看见上面,就是《时代周刊》,在1966年把他作为封面人物展示,他的头上就是半个穹顶建筑。 

    下面我们就讲物质的微结构,我不是讲材料,原来是材料,可能这里面有不少材料,但是我把病毒也包括进来了,这些物质的微结构,一般都是一个纳米到几十个纳米大小,病毒大一点,病毒的直径几十个纳米,我画了,有的是五角面,红的,更多的是六角面。所以病毒里面的蛋白质的一个球形结构和几百米大的穹顶结构是一样的,也是三角面、五角面、六角面构成的,因此它在研究病毒球面结构的时候,在1962年,富勒到他儿那去参观,跟他讨论了,他得到启发,所以他在1962年以后,就逐渐逐渐完善了病毒的模型。到了1995年,我们有位中国的科学家,科技大学学化学的周正红教授,他在美国拍出疱疹病毒的电子显微像,那么他发现这个疱疹病毒也是五重轴,我画一个三角面,三角面三个顶点,可能看不清,是五个瓣,五瓣的。那么,下一个就看得清楚一点,这个就是再放大了,最左上角就是病毒的五个瓣,实际上是五个相同的蛋白质的结合,那么这里是五重对称,什么意思呢?就是每转72度它重复一次,我们叫做五重对称,这个是从上面看下来,我们从侧面看,那就是最右面那个,你看它里面是空的,就是侧视了,刚才看的俯视,你看看它里面是空的,中间那个五个都在,把里面空洞挡住了,他用图象处理办法,把前面的拿掉,把后面两个拿掉,只看两个,那么中间是一个通道。左下角是这个通道的塞子,一个小小的病毒的构造还是蛮复杂的、也蛮有趣的。通道不要用的时候,用这个塞子塞上,那么我们就要想办法把这个塞子拿掉,然后把药从五重通道给它送进去,那么就可以把病毒杀死。病毒它要繁殖呢,它也是在内部,把它调整好了,然后从这五重通道跑出来,所以它那个塞子是能够开,能够关的,所以对病毒的研究,我们现在主要的是要防治它,要防治它,我就要把病毒的球形的衣壳的结构搞清楚。 

    现在讲第二点,就是碳60的分子球笼。左边的是英国人叫Kroto,他是个天体化学家,我们知道宇宙里面有个碳星,那么碳星就要发出碳氢化合物来,所以天体化学家,他可以在宇宙里面找到碳氢化合物,他为了研究天上的碳星化合物,他在实验室里合成一些碳氢化合物和天上的对比,他合成到十个碳原子的时候,就再也做不下去了,因为他的激光器的能量不够。他也是一个天体化学家,在美国Rice大学,叫科尔, 就是那一排字最后Curl,科尔也是天体化学家,科尔就说,在我们Rice大学,有个最右下角那个叫Smalley ,Smalley研究金属的原子团,金属原子要比碳原子重得多,因此你要轰击它,你要能量大得多,他说斯马瑞建了一个很大能量的激光器,你到他那儿去做,所以科尔起了个中介作用,那么左边的Kroto就到Smalley那里去,Smalley说我只给你两个礼拜的时间,我这个机器很忙,他就带了两个研究生,一个叫Heath,一个叫O'Brien这都是美国的研究生了,做实验,就发现了有碳60的分子,这个Kroto他本人也很喜欢艺术,他曾经到过蒙特利尔世博会上,看到过那个穹顶的大球,于是呢,他当时还做了个结构,就是我下面挨着他那个,那是他回家以后,做的一个由五角面、六角面合成的一个截顶二十面体的球,他在讨论会上,他们讨论到五六点钟,他就说,我家里有那么一个球,但是我忘记了有多少个顶点,可能是六十个,那么六十个碳原子正好座落在六十个顶点上,这时候他们就说了,因为美国、英国时差有五个小时,他说,那儿已经半夜了,他说我打电话,说你不要打电话吵他们,Smalley就跑到图书馆里去,查到了Buckminsterfuller的书,就发现里面有这个结构,于是他连夜就剪了一些纸板,五角形的,六角形的。然后就用胶带把它胶起来,你看,有的还是双键,因为碳是四价的,一个碳原子和两个碳原子结合,就去掉两价,跟另外一个碳原子,我非得双键不可,那么有机化学里面,碳原子双键的结合,叫做烯。因此呢,后来他就起个名字,整个名字叫Buckminsterfullerene,烯的有的化学英文里的末尾ene,于是他们就决定了,管碳60的分子叫Buckminsterfuller,就是这个人的名字,名和姓,然后再加上ene,ene就是烯,所以叫做富勒烯,像我刚才讲的,也有人管它叫布基球,因为Buck,是他们家里讲的,亲热一点吗,所以叫布基球,学术上名字我们说是碳60球笼,因为它是像个球,一个笼子一样,所以这是跨大西洋的合作。十四天,产出非常好的结果。这就是他们的模型,一个球五边形、六边形,五边形他给它画成一些虚线,表示五边形,然后中间有双键,实际上这就是一个跟足球没有什么差别,因此管它叫碳60球或者是布基球。 

    下面我们再看,他这两周的工作,投到Nature上,不到十天就发表了,那么Nature,Science还有德国相应的杂志,还有Newscientist英国的,立刻在封面上报道了这个成果,这个成果是非常大的。因为这个球出来之后,就开辟了碳60化学,我们知道碳有三种,过去知道碳有两种,一种是金刚石,非常美的,但是它是无机结构。第二种是石墨,石墨就是苯环,一个平面都是苯环,苯环就是六角的了。所以,这两种结构,那苯环是有机化学的基础了,现在突然出了个碳60,是个球,新的,是碳的第三种形式,因此就出了碳60化学,就跟过去有过无机化学,有机的苯化学,现在出了一个碳60化学,这个笼子,碳球,里面是空的,你可以把很多东西放进去,它可以变成超导,你换另外一种东西放进去,它也可以变成绝缘体,然后外面可以长东西,在电子显微镜里面可以看见,你看最下角是最早的,有那么一圈、两圈,一圈差不多就是一个纳米,后来又长出几圈来,右下角又长出一圈,左上角又长了两圈,最后长到最右面,长了多少个圈,所以有人管它叫“纳米葱”,就有点像洋葱一样,一层一层剥开。1991年,一个日本的科学家叫饭岛·Iigima,它叫长出碳管来了,一个红的管子,六角面的,这个碳管,实际上是有道理的,就是我一个六角面,我可以把它围成一个圆筒再接起来,就是这个。你要是圆筒这面,把它再加个罩,半球罩,那又是五边形,这个圆柱面上可以都是六边形,这个现在属于纳米电子学,纳米科学,纳米碳管是起主导作用,因为最里面红的,不到一个纳米。你可以做一个电极发射,它是中空的,里面你可以充上不同的金属,它也可以充进氢,所以它现在吸氢的效率,比已知的任何的吸氢材料都高。 

    下面讲第三方面,就是二十面体准晶体,它更小,它里面的五边形是半个纳米。讲到晶体,我们就多说几句,我们知道三角形,三角形的砖我可以铺满一个地面,正方形的砖也可以铺满一个地面,六角面的砖也可以铺满一个地面。但是正五边形、正五角形
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