這種物質(zhì)1克價(jià)值10.66億元，是黃金的245萬倍
[震驚]，1公斤就1萬億元。僅需81克，就能買1艘130億美元的全球最貴航母福特號(hào)。[微風(fēng)]這就是號(hào)稱“全球第二貴”材料—內(nèi)嵌富勒烯，并且這種物質(zhì)已經(jīng)被賣出去了，英國牛津大學(xué)只賣了200微克，相當(dāng)于1根頭發(fā)30%的重量，就入賬3.2萬美元。這種物質(zhì)能讓GPS導(dǎo)航系統(tǒng)精確到1毫米，這對(duì)無人駕駛和導(dǎo)彈有顛覆性的優(yōu)勢(shì)。
微克是相當(dāng)小的重量單位，1克=1000000微克，1克均分成100萬份，1份就是1微克。內(nèi)嵌富勒烯1微克需要160美元，1克就需要1.6億美元，相當(dāng)于10.66億元，為什么內(nèi)嵌富勒烯這么貴，要想了解內(nèi)嵌富勒烯，首先要從富勒烯說起。
富勒烯完全由碳組成的中空分子，形狀有球型、橢球型、柱型、管狀等，和石墨的結(jié)構(gòu)差不多，石墨是由六元環(huán)組成的石墨烯層堆積形成的，而富勒烯不僅含有六元環(huán)還有五元環(huán)，甚至七元環(huán)。富勒烯就是一個(gè)碳籠內(nèi)部為空腔結(jié)構(gòu)，內(nèi)部空腔能塞進(jìn)一些原子、離子或原子簇，由此而形成的富勒烯被稱為內(nèi)嵌富勒烯，比如 N@C60就是在碳籠內(nèi)加入了1個(gè)氮原子。
碳是用途最多的元素，我們就屬于碳基生物，碳分子可呈現(xiàn)出多種形式或10多種同素異形體，比如常見的金剛石、石墨、石墨烯、富勒烯等。富勒烯一般用碳C+數(shù)字表示，比如C28、C32、C60、C70、C78、C82、C84、C90、C96等，其中C60和C70最常見。
C60由60個(gè)碳原子組成，60個(gè)原子由20個(gè)六邊形組成，每個(gè)碳原子均與相鄰另3個(gè)碳原子連接，碳環(huán)相互連接構(gòu)成的封閉中空球狀分子，就像一個(gè)足球一樣，這樣就有有30個(gè)不飽和雙鍵，因?yàn)槭乔蛐蔚?，穩(wěn)定性能非常好。
GPS衛(wèi)星核心是原子鐘，是世界上最精確的計(jì)時(shí)系統(tǒng)，是利用原子吸收或釋放能量時(shí)發(fā)出的電磁波來計(jì)時(shí)的，這種電磁波非常穩(wěn)定，精度可以達(dá)到每2000萬年誤差1秒。
但GPS 受到強(qiáng)輻射、太陽風(fēng)暴時(shí)會(huì)失效，內(nèi)嵌富勒烯原子鐘卻不會(huì)。圖4就是被填充了氮原子的富勒烯：60個(gè)灰色碳原子構(gòu)成空富勒烯牢籠，中間禁錮著1個(gè)藍(lán)色的氮原子，這種結(jié)構(gòu)排列可以防止氮原子受到磁性干擾，使其能充當(dāng)原子鐘的基礎(chǔ)核心進(jìn)行著穩(wěn)定共振。
目前有銫原子鐘、氫微波激射器、銣原子鐘，美國最新的鋁離子光鐘37億年誤差不超1秒，但缺點(diǎn)是會(huì)被太陽風(fēng)暴干擾。在原子層面保護(hù)下的氮原子，完全可以免疫外界干擾。
原子鐘體積巨大和房間差不多，GPS衛(wèi)星上的原子鐘小一些，但是花費(fèi)的成本巨大。目前美國已將原子鐘壓縮進(jìn)了幾毫米高的組件中，就像芯片一樣，這種'芯片級(jí)'的原子鐘主要用在軍事通信、水下導(dǎo)航等軍事領(lǐng)域，也只有國防才能用得起。
而內(nèi)嵌富勒烯N@C60就是原子鐘小型化的一道曙光，原子鐘小型化的代價(jià)是：真空室極小的尺寸會(huì)讓原子與真空腔壁發(fā)生相互作用，導(dǎo)致時(shí)鐘頻率會(huì)發(fā)變化，而氣相加熱器也要消耗便攜設(shè)備的大量功率，而內(nèi)嵌富勒烯解決了這個(gè)問題，富勒烯內(nèi)嵌氮原子時(shí),擁有極長的電子自旋壽命,極大提高了原子鐘的精度。
因?yàn)閮?nèi)嵌富勒烯是利用天然的牢籠——富勒烯替代真空腔來隔離原子，這種方法可以很好地解決原子與真空腔壁發(fā)生作用的問題。人造的牢籠總是會(huì)有缺陷的，而天然的富勒烯牢籠全部由碳原子組成，避免氮原子與旁邊的碳原子接觸，因?yàn)榈邮瞧≡谠贑60富勒烯牢籠中間，所以氮也被證明是制造精確原子鐘的關(guān)鍵，而富勒烯就是最好的容器。
用內(nèi)嵌富勒烯造的原子鐘能讓GPS設(shè)備精確到1毫米之內(nèi)，一般GPS民用級(jí)別的版本,定位的精度在10-20米左右，軍用的GPS能達(dá)到0.3米，這和1毫米的差別是巨大的。所以能讓導(dǎo)彈更加精準(zhǔn)的命中目標(biāo)，也能讓汽車自動(dòng)駕駛水平更上一層樓。
如何制造內(nèi)嵌富勒烯呢？就是用圖10的設(shè)備，首先把碳富勒烯C60，放在真空腔中加熱，氣體碰到到較冷的銅靶時(shí)，就會(huì)凝結(jié)成膜，然后把氮離子注向銅靶，從而使得離子能進(jìn)入'碳籠'之中，但產(chǎn)量極低：每產(chǎn)生10000個(gè)無氮 C60 富勒烯分子，才產(chǎn)生1個(gè)內(nèi)嵌富勒烯 N@C60 分子。
分離也很難，因?yàn)镹@C60和C60 化學(xué)性質(zhì)上幾乎完全相同，只能用高壓液相色譜的技術(shù)來分離。用高壓泵剝離碳富勒烯薄膜，含有氮原子的富勒烯能更快的被剝離出來，經(jīng)過多次循環(huán)，最后就能完全的將少數(shù) N@C60 從混合物中分離出來。
圖7就是溶液形態(tài)的純凈地捕獲到氮原子的富勒烯，圖3就是干燥后的含氮富勒烯，看起來像普通煤煙灰，但是價(jià)值連城。目前15N@C60的能級(jí)完全不受磁場(chǎng)噪聲的影響，這一發(fā)現(xiàn)對(duì)實(shí)現(xiàn)集成原子鐘于芯片的目標(biāo)意義重大，對(duì)軍事、民用各種領(lǐng)域影響巨大。
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