實驗室里的納米之花

賈曉峰

我們的地球，因為有各種花草樹木的點綴，顯得生機盎然，分外美麗。不過，在比頭發(fā)絲的直徑還小的微觀世界里，同樣也有美麗鮮艷的花朵。讓我們來看看哈佛大學(xué)的研究人員在實驗室里為我們創(chuàng)造的“納米之花”吧！

在介紹“納米之花”之前，我們先講一個笑話。

有一個非常有錢的暴發(fā)戶，他為了顯示自己與眾不同，經(jīng)常追求一些時髦流行的東西。有一次，他打電話給一位科學(xué)家，說：聽說現(xiàn)在納米很有用，報紙上說科學(xué)家在研究，電視廣告里天天在念叨納米技術(shù)，連股市里也有了納米板塊，而且火得不行。可我就是不知它的種子哪里有賣的，如果一年種上兩季，肯定能賣大價錢?？茖W(xué)家調(diào)侃他說：我來告訴你吧，我今天剛買了兩斤納米，正準備淘米做飯呢！

的確，納米這個詞匯現(xiàn)在已經(jīng)滲入到了我們的日常生活：納米技術(shù)、納米材料、納米機器人……甚至還有了納米毛巾、納米冰箱、納米熱水器等新說法。一時間，納米成了最新高科技的代名詞。納米當然不是可以吃的“米”，那它到底是什么呢？

大家都知道，米是國際長度單位中的基本單位，一米的十分之一叫做分米，一米的百分之一叫做厘米，一米的千分之一叫做毫米，一米的一百萬分之一叫做微米，而一米的十億分之一叫做納米。說到這里，你就會明白了，納米不是什么多奇怪的東西，它只不過是一個很小的長度單位而已。

1納米有多長呢？拿我們腳下的地球和踢的足球來做比喻，你就會好理解了。地球的直徑約是13000千米，而足球的直徑為30厘米，地球和足球之間的比例，差不多相當于足球與直徑為1納米的足球烯（C60分子）的比例。

如果你還是不明白呢，我再給你舉個例子。你是不是覺得我們的頭發(fā)已經(jīng)夠細了呢？其實不然，一根頭發(fā)的直徑平均為0.06毫米，但這幾乎是1納米的6萬多倍，想不到吧？下面的圖中列出了一些長度數(shù)量級，你可以比較一下。

納米只是一個長度單位，可是為什么納米技術(shù)就那么神奇呢？納米技術(shù)是一個范疇相當廣泛且具有深度的科學(xué)話題，我們在這里不多講。簡單地說，納米技術(shù)就是研究結(jié)構(gòu)尺寸在1納米至100納米范圍內(nèi)的材料的性質(zhì)和應(yīng)用的一種技術(shù)。通過納米技術(shù)，將某種物質(zhì)的原子按照人類的意愿進行重新組合，最后可以獲得具有特殊性能的物質(zhì)?！凹{米之花”就是這樣形成的。

“造花”的原理是這樣的：將作為原材料的幾種化學(xué)物質(zhì)分別溶解在水溶液中，將溶液進行混合，再用先進的儀器來觀察，透過鏡頭你就進入到一個奇妙絢爛的花花世界了！

難道造出“納米之花”就這么簡單？No，No，No，還是讓花園的“園丁”——哈佛大學(xué)專門從事晶體生長研究的科學(xué)家維姆·諾丁來給大家講講吧。諾丁是在觀察珊瑚礁、海貝殼以及其他天然生成的復(fù)雜礦物結(jié)構(gòu)時受到啟發(fā)，從而進行這項實驗研究的。他發(fā)現(xiàn)，由于晶體能自我組合，人們可以借助改變溫度、參與反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)的含量和水溶液中的酸性等方式來控制晶體的形狀、大小和組合方向，從而形成不同的形態(tài)。

現(xiàn)在來揭秘這些“花朵”的制造過程。在一個盛有水的燒杯中，將氯化鋇和硅酸鈉（俗稱水玻璃）混合，當化學(xué)反應(yīng)進行時，它們還與空氣中的二氧化碳相結(jié)合，最終在水中形成了碳酸鋇晶體，這就是“花朵”的雛形。為了讓這些晶體的形態(tài)更加逼真和美觀，諾丁還需要進行精心的調(diào)節(jié)，以生成微觀尺度上的“花朵”、“根莖”，甚至“花瓶”。比如，增加二氧化碳含量可以創(chuàng)造寬闊而平坦的“葉子”形狀；變化酸度水平能夠在“花瓣”上產(chǎn)生褶皺的波形。之所以選擇這些形狀，是因為這些都是最容易生成的形狀之一。彎曲的“花瓣”、細長的“根莖”和參差不齊的“荊棘”都是由碳酸鋇和石英晶體所構(gòu)成的，它們會逐漸顯示出技術(shù)控制下的效果。

諾丁領(lǐng)導(dǎo)的實驗小組能夠在載玻片和金屬板上創(chuàng)造出各種形態(tài)的“花朵”，比如玫瑰、睡蓮、牽?；?、郁金香……甚至在一枚硬幣上就能培育出一個充滿鮮花的“小花園”呢，這真是太神奇了！

不過可惜的是，“納米之花”只能在高倍電子顯微鏡下才能看到。這些美麗的圖片是利用掃描電子顯微鏡進行拍攝的，而顏色是采用數(shù)碼技術(shù)添加的。諾丁在談到他制造的“小花園”時感嘆道：“當你透過電子顯微鏡觀察時，你確實會感覺自己好像潛游在海洋中，看到了大面積的珊瑚和海綿。有時我都忘記了拍照，因為它們是如此的漂亮，令人著迷！”