這是一種古怪的東西，它好像違反了物理規(guī)律和化學(xué)規(guī)律……
不尋常的納米世界
眾所周知，碳是一種易燃物。點著碳——不論是灌木林、紙，還是木炭、煤球，它們都將燃燒，直至化作肉眼看不見的二氧化碳或者一氧化碳，什么都不會留下。這就是化學(xué)課本上告訴我們的碳燃燒時的基本情況。
然而一到尺寸需要用一米的十億分之一來衡量的納米世界里，我們的常識就靠不住了。譬如說科學(xué)家最近發(fā)現(xiàn)，在一根用碳制成的納米管上涂上汽油，然后在一頭點燃，火焰將沿著碳納米管往前飛竄，納米管被燒得通紅，但火焰過后，碳納米管卻完整無損。這就好比一場雜技，表演者赤腳踩上一堆火，你本來以為他的腳會被燙傷的，結(jié)果卻什么事也沒發(fā)生。
本該燒起來的，卻沒有燒起來，這只是納米世界里涌現(xiàn)出來的諸多古怪的新現(xiàn)象之一。在這個新的領(lǐng)域里，平時安分守己的分子們似乎一個個獲得了新的個性，就好比你有一天驚訝地發(fā)現(xiàn)，隔壁那位好脾氣的大叔竟然是世界拳擊賽的冠軍，或者街上那位賣豆腐的大嫂，曾經(jīng)是舉世聞名的芭蕾舞演員。這些古怪的性質(zhì)，有一些已經(jīng)被人們知道了幾十年，有一些則剛開始被人認(rèn)識。
很多平時很穩(wěn)定、很不活潑的元素，一到了納米的量級，就會變得活潑起來，甚至面目全非。比如說在通常情況下，鐵是燒不著的，而50納米的鐵粉，燃點只有250℃，在空氣中一點就著；金在通常情況下是金黃色的，而納米金粉末卻是紅色的……最讓人驚嘆的還是我們最熟悉不過的碳。在宏觀世界里，碳很脆，根本沒有伸縮性，而一到納米世界，它卻一改古板的形象，玩出許多魔術(shù)般的新花樣來：它可以比鋼還硬，比羽毛還輕，比彈簧還有彈性，比碳還黑……對不起，這不是同義反復(fù)，我的意思是說，它可以做到比通常狀態(tài)下的碳黑上好幾倍。通過本文的主角——碳納米管，相信你會對那個古怪、新奇的納米世界有一個充分的認(rèn)識。
碳在烈火中永生
我們知道，鉛筆芯的主要原料——石墨是靠一層層碳原子平鋪起來的。這些碳原子彼此相連，形成正六邊形的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。如果把一層或者幾層碳原子網(wǎng)卷曲起來，形成一個空心的圓管，我們就得到了一種非常稀罕的材料——碳納米管。
碳納米管的直徑一般只有幾個到幾十個納米，管壁厚度僅為幾個納米，但它的長度理論上允許可以無限長，因此被人們看作是一種理想的一維材料。
為了領(lǐng)略這種新材料的神奇特性，讓我們先來看一個實驗。
取一瓶汽油，在地上淋出一條直線，邊上放置一段同樣長度的細(xì)干木棍，然后同時從一頭點燃汽油和木棍。你會看到，火焰在汽油上“爬行”的速度要遠(yuǎn)比在木棍上快。
接下去，在地上用汽油再撒一條直線，然后取一根在汽油上浸泡過的同樣長度的碳納米管。按上述辦法點燃。這時你看到了什么？你會看到，火苗在碳納米管上的“爬行”速度比單純在汽油上“爬行”的速度要快得多（經(jīng)科學(xué)家測量，差不多快1萬倍）；而且，火苗過處，碳納米管被燒得通紅，但等火苗過后，卻完整如初。
測量表明，在汽油燃燒時，碳納米管的溫度一度達(dá)到大約2500oC，按以前化學(xué)課本上的知識，在空氣中，碳被加熱到700oC的時候就會變成二氧化碳，而現(xiàn)在在烈火中卻紋絲不動，一副金剛不壞之身！這是怎回事呢？
自碳納米管被發(fā)現(xiàn)以來，最先引人注目的特性就是它的優(yōu)良的導(dǎo)熱性。作為非金屬的碳，當(dāng)制成碳納米管之后，它的導(dǎo)熱性竟然比一般的金屬還強100多倍，而且不論如何彎曲、打折，這種導(dǎo)熱性都不會改變?？雌饋?，熱在碳納米管中的傳播幾乎是不受任何阻礙的。對于這一現(xiàn)象，科學(xué)家至今都還無法解釋。
在上述實驗中，碳納米管又表現(xiàn)出超強的耐熱本領(lǐng)?？茖W(xué)家猜測，這個本領(lǐng)或許跟它的優(yōu)良的導(dǎo)熱性有關(guān)?？梢宰鬟@樣解釋：當(dāng)碳納米管上一頭的汽油點燃之后，釋放出熱量，熱量進(jìn)入碳納米管，憑借其優(yōu)良的導(dǎo)熱性，在碳納米管上飛速向前傳播，于是把火苗還沒燒到的地方的汽油也點燃了。各處的火苗幾乎是在一瞬間同時點燃的，所以從效果上看，仿佛火苗在以非?？斓乃俣葌鞑?。而且，熱量也許傳播得太快了，以至于無法在一個固定的地方聚集，所以本該發(fā)生的碳的燃燒反應(yīng)也無從發(fā)生。
科學(xué)家還注意到，在火苗沿著碳納米管飛速前進(jìn)的時候，還會激發(fā)出大量電子，從而形成電流。從應(yīng)用的角度說，這些電流攜帶的能量密度已經(jīng)超過了一節(jié)鋰電池，未來也許可以作為一種新型的能源。
世界上最黑的材料
當(dāng)一些人還在把玩著單根碳納米管的時候，另一些人已經(jīng)在開始擺弄由上千萬根碳納米管組成的“碳納米管叢”了。
特定的晶片涂上催化劑之后，置于真空容器中，然后往里通高純度的一氧化碳或者甲烷氣體，經(jīng)過催化反應(yīng)，碳原子就會從一氧化碳或者甲烷中分離出來，在晶片上長成一束束碳納米管。
科學(xué)家通過選擇合適的“密植”程度和碳納米管的高度，培育出了有史以來最黑、最暗的材料。當(dāng)一束光照入這種碳納米管的“密林”中，99.95%將被吸收。這個發(fā)現(xiàn)刷新了一項吉尼斯世界紀(jì)錄，在這之前最黑的材料對光的吸收率是99.84%。
至今科學(xué)家還沒有完全弄明白，碳納米管的“森林”是如何“吞下”光線的。這些碳納米管的直徑在10納米左右，而它們的高度卻有500微米，直徑與高度之比幾乎是一根鉛筆的直徑與一幢摩天大樓的高度之比。這些奇高、奇瘦的碳納米管在頂部彎曲糾結(jié)在一起，形成這種材料的表面。
我們知道，光照到普通材料的表面，會以跟入射角相同的角度反射回來。這就是光的反射定律。而光照到這種碳納米管叢的表面，仿佛軟著陸了，絕大部分光都被吸收，那些沒有被吸收的光反射時也不遵循光的反射定律，它們的反射似乎跟入射角度無關(guān)。目前沒有一個理論能夠解釋這種現(xiàn)象。
已經(jīng)有科學(xué)家把碳納米管叢的這種性質(zhì)用于實踐中。他們用這種世界上最黑的材料制成“外套”，用來保護(hù)一些對光非常靈敏的裝置。
最富彈性的人造肌肉
盡管碳納米管在導(dǎo)熱和吸收光方面非常引人注目，但最讓人驚嘆的還是它的彈性。
許多材料，當(dāng)朝著一個方向延展的時候，在其它方向就收縮了。你不妨觀察一下拉一根橡皮帶時的情況，當(dāng)它伸長的時候，它的寬度同時就縮小了。一般來說，橡皮帶每拉長1個單位，在寬度方向就同時縮短0.5個單位。寬度的變化和長度的變化之比0.5，反映了材料的彈性，在力學(xué)上叫泊松比。泊松比越大，材料越富有彈性。比如說，彈性越大的彈簧，拉伸時越容易變細(xì)，而像軟木塞，當(dāng)你在縱向壓縮的時候，縱向就癟塌下去，橫向的變化幾乎為零，它的泊松比幾乎為零，所以軟木塞的彈性幾乎為零。
當(dāng)科學(xué)家把無數(shù)碳納米管編織成地毯狀時，發(fā)現(xiàn)這種材料的泊松比接近15，這差不多是世界上最富有彈性的材料，你只要輕輕一拉，一大團(tuán)就很快縮成微小的一束。科學(xué)家已經(jīng)利用碳納米管的這一特性來制造人造肌肉。
我們身上的肌肉也可以收縮，但一般在粗細(xì)程度方面的變化小于40%，而用碳納米管制成的人造肌肉從粗到細(xì)能夠瞬間就變化超過230%，這給予了它很強的抗沖擊本領(lǐng)和反應(yīng)能力。并且它可以在極端高溫或者低溫的環(huán)境下工作，所以是制造未來太空機器人手臂的理想材料。
人造肌肉的極強收縮性在理論上已經(jīng)得到了很好的解釋?？茖W(xué)家相信，碳納米管的其它性質(zhì)不久也會被科學(xué)理論做出合理解釋的。但是碳納米管在生活中的應(yīng)用則剛剛開始，其巨大的潛力我們一時還望不到邊。
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