【科学工艺】化学家用珠珠串出富勒烯（Fullerene）家族 从前从前，有一个化学家经过手工材料行林立的延平北路，看见了橱窗里有些 闪闪发光的奇妙东西。「我忽然发现，咦！这些东西怎麽长得好像…芙类分子 ？」这就是台大化学系金必耀教授与串珠的相遇过程。 CASE PRESS‧http://case.ntu.edu.tw/blog/?p=3550 　　对化学不太熟悉的读者们或许不知道「芙类分子」是什麽，不过想必在报章杂志或电 视上听过富勒烯。1985 年，英国化学家克罗托做出了60个碳组成的碳原子簇结构分子碳 六十（C60），并因此获颁1996年度诺贝尔化学奖。碳六十是俗称的富勒烯的一种型态， 此外同个家族还有碳七十、碳八十、碳168等等。 　　尽管富勒烯（芙类分子）是这麽晚才被人类发现的碳分子型态，不像钻石跟石墨那麽 早为人所知，但它却具有惊人的潜力。目前已知芙类分子至少具有超导体的性质，此外最 近日本科学家成功地在碳六十的薄膜上压印千倍之高密度资讯记录。医学界正在研究它们 是否可以美白跟抗癌，许多美容保养品中已经迫不及待的加入了富勒烯。不过你曾想过你 可以在自己家里用简单的材料做出它们的分子模型吗？ 数学串珠登上国际版面 　　台大化学系金必耀教授的串珠作品最近登上了美国《Make》杂志旗下的「Math Monday」，被以「数学串珠」（Mathematical beading）称之。金必耀教授表示，芙类分 子是一种由sp2混成键结所连结而成之碳分子，其中最富盛名的是碳六十 ，这个分子有时 又称为巴基球（Buckyball），因为它的结构与欧式足球非常类似，具有截角二十面体 （ truncated icosahedron）之构造。过去全球似乎都没有人用串珠的方式来展现芙类分子 的结构特色，他可能是第一个想到两者关连的人。 　　「串珠的造型当然不是我发明的，过去很多人都已经这麽串了，只是他们可能不知道 自己串的东西有这种意义。」金必耀教授说，「有天我经过延平北路，那里有很多手工材 料行，橱窗里也有展示一些编织好的作品，我忽然发现，咦！这些东西怎麽长得好像…芙 类分子？」 　　於是他买了些珠珠回家试着自己动手开始串，「我太太先教我怎麽把珠子绑在一起， 接着我就自己摸索。」金必耀教授的太太也是化学家，不过她对串珠没有太大的兴趣。「 这个看起来是许多五边形组成的圆球，是碳六十；至於大家常做的『凤梨』，就是碳七十 。此外还可以做出很多目前理论上还无法合成的碳分子结构。」 珠珠代表碳碳键 　　为何说这是数学串珠呢？因为金必耀教授的串珠并非任意制作，使用的珠珠数量必须 符合实际的碳碳键数量。「一般人可能会觉得，喔！珠子圆圆的，所以它们是代表碳原子 ，其实不是。」金教授强调说，「每一颗珠子代表的是一个化学键，所以这颗碳六十不是 由六十颗珠珠构成，而是九十颗。而原子在哪里呢？原子是珠珠与珠珠之间的缝隙。」 　　由於直观上人们会以为珠珠代表原子，因此金必耀教授也试着用长形（米粒形）的串 珠来制作芙类分子，但结果差强人意。「长形串珠做出来的模型比较松散易变形，没有圆 形珠珠那样坚固。」他说，这可能价壳层电子排斥（Valence Shell Electron Pair Repulsion, VSEPR）有关，球形珠珠之间的抵抗跟实际分子内的力场比较近似。 　　此外，珠珠的色彩也有其代表意义。不同色泽的珠子表示不同性质的碳碳键，因此在 制作时都需要谨慎考虑。串珠的编织本身可以是个复杂的数学问题，在计算线长时涉及汉 米顿链（Hamiltonian chains）的问题；而制作环形芙类分子时则需考虑尤拉特性（ Euler–Poincaré characteristic）。 　　尽管芙类分子串珠含有这麽深远的科学意义，但我们还是可以用简单的心情看待它： 它们简洁、和谐而且漂亮。不管串珠代表的是甜甜圈、凤梨、足球还是芙类分子，它们背 後藏着一个简洁但有秩序的微观世界。 附录◎珠珠照片集 http://case.ntu.edu.tw/blog/?p=3550 -- （（（((( http://case.ntu.edu.tw/blog/ ‧CASE PRESS 你今天有什麽新发现？ ))))）））） --

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