現(xiàn)在世界上公認(rèn)最貴的材料是反物質(zhì)，它的生產(chǎn)成本每克超過60億美元，但是反物質(zhì)目前沒有辦法儲(chǔ)存它，它也并沒有在交易市場上真正成交過。
目前已成交的最貴物質(zhì)其實(shí)是一種內(nèi)嵌富勒烯，它在2015年的時(shí)候，以33400美元200微克的價(jià)格完成了第一次成交，折合下來差不多就是每克1.67億美元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其它任何材料的成交價(jià)格。
但是讓人意外的是，目前全世界只有一家實(shí)驗(yàn)室在生產(chǎn)它。
那么問題就來了，既然這東西這么值錢，為啥沒什么人去生產(chǎn)呢？還有這種內(nèi)嵌富勒烯到底是怎么回事，它又有何用途讓它能夠如此值錢？
內(nèi)嵌富勒烯到底是什么？
很多人可能從“烯”字就已經(jīng)知道它和碳有關(guān)系，事實(shí)也是如此，富勒烯就是一種碳的同素異形體，而“內(nèi)嵌“則表示的是這個(gè)同素異形體內(nèi)部還存在一些原子或者分子。
碳是目前已知最“通用的”元素，它允許碳原子以各種各樣不同形式排列，然后形成各種同素異形體。
我們常見的比如有鉆石——這可能是最受歡迎的碳同素異形體，其碳原子以晶格形式存在，然后碳分子以四面體角鍵合，形成非常牢固的結(jié)構(gòu)。
再比如石墨，這是最常用的碳同素異形體，常見于鉛筆芯，其碳原子以片狀或?qū)訝盍呅舞偳抖询B并粘合在一起的形式存在。
圖：石墨烯的結(jié)構(gòu)
另外比較出名的還有石墨烯——碳原子以單片石墨的形式存在，我們今天的主角富勒烯正是來自于石墨烯。
但與石墨烯不同的是，富勒烯是將單片碳原子形式轉(zhuǎn)變成了一個(gè)“球狀”，每個(gè)分子由60個(gè)碳原子組成，而這60個(gè)原子組成了20個(gè)六邊形，以及在六邊形中散布著12個(gè)5邊形。
圖：富勒烯的結(jié)構(gòu)
不知道你看到富勒烯的結(jié)構(gòu)想到了什么，總之它的命名是按照測地圓頂的推廣者巴克明斯特·富勒（Buckminster Fuller）的名字命名的。
富勒烯的內(nèi)部是空的，所以就有了內(nèi)嵌的概念，簡單地說就是往里面填入其它原子或者分子等更小的微粒，這樣就變成了內(nèi)嵌富勒烯。
內(nèi)嵌富勒烯分子幾乎違反了化學(xué)鍵合的普通定律，因?yàn)閮?nèi)部的原子或者分子與富勒烯的關(guān)系就像是容器和容物的關(guān)系，不存在化學(xué)鍵合。
在所有內(nèi)嵌富勒烯中，最特別的是 N@C60（xx@C60就是表示內(nèi)嵌富勒烯的，@表示xx在富勒烯內(nèi)部，N@C60就是指富勒烯內(nèi)部是1個(gè)氮原子），我們前面說到的最貴成交材料正是這個(gè)。
內(nèi)嵌富勒烯其實(shí)很早就出現(xiàn)了，但是最初它內(nèi)嵌的基本都是非常惰性的物質(zhì)——比如氦、氖等，內(nèi)嵌一個(gè)像氮原子這樣“活潑”的還是剛剛出現(xiàn)的。
事實(shí)證明，由于氮電子擁有較長自旋壽命，它是制造精確原子鐘的關(guān)鍵，而N@C60可能成為未來原子鐘的關(guān)鍵材料。
一種可以融入芯片的原子鐘
與時(shí)鐘的鐘擺或手表的機(jī)械裝置不同，原子不會(huì)出現(xiàn)制造錯(cuò)誤或磨損，而且只要在與環(huán)境適當(dāng)隔離的情況下，它們的共振頻率完全由物理定律設(shè)定，所以以此為基礎(chǔ)的原子鐘是目前最精準(zhǔn)的計(jì)時(shí)裝置。
原子鐘
但是，這里適當(dāng)隔離基本是要真空，這意味著原子鐘往往非常巨大——一個(gè)房子那么大，即便是商用的也要達(dá)到一個(gè)手提箱那么大。
而許多需要精準(zhǔn)核對(duì)時(shí)間的應(yīng)用場景，常常難以塞下這么大一個(gè)設(shè)備，比如我們的手機(jī)，而N@C60的出現(xiàn)正好可以解決這個(gè)痛點(diǎn)。
因?yàn)榈油耆≡诟焕障﹥?nèi)部，這就像一個(gè)原子鐘的真空環(huán)境一樣，保持了氮原子的特性，讓其可以自由共振，就像是原子鐘表現(xiàn)的那樣，而實(shí)際它的體積卻很小，甚至可以融入芯片。
微型原子鐘現(xiàn)在最廣泛的應(yīng)用場景就是無人駕駛設(shè)備的定位，這個(gè)行業(yè)對(duì)誤差非常敏感，所以非常需要原子鐘的精準(zhǔn)度。
就拿無人駕駛來說，目前普通 GPS 導(dǎo)航的精度在幾米以內(nèi)，因此要正確跟蹤和控制車輛可能會(huì)很棘手，而微型原子鐘可以直接融入到設(shè)備中，在不影響現(xiàn)有汽車的設(shè)計(jì)模型情況下，卻可以獲得低至 1 毫米左右的精度分辨率。
最后，很多人可能會(huì)好奇，這樣一個(gè)具有未來前景的材料，而且它還賣得那么貴，為什么目前只有一個(gè)實(shí)驗(yàn)室在生產(chǎn)它呢？
其實(shí)，現(xiàn)在已知有幾種方法可以合成N@C60，這不是什么秘密，有許多文獻(xiàn)都寫的很清楚，但是所有這些方法都需要極端條件，難以生產(chǎn)。
這是因?yàn)橥苿?dòng)氮原子通過碳籠在熱力學(xué)上是非常不利的，我看到這個(gè)團(tuán)隊(duì)在回復(fù)采訪的時(shí)候是這樣形容的：在化學(xué)上要把氮推入富勒烯等同于將水推上山。
不僅難以生產(chǎn)，而且生產(chǎn)過程中失敗的概率遠(yuǎn)高于成功，這意味著需要提純，而提純的難度也異常大。
現(xiàn)在唯一生產(chǎn)N@C60的團(tuán)隊(duì)是牛津的Designer Carbon Materials，他們?cè)谂＝虼髮W(xué)的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成制造。
制造過程很透明，他們將富勒烯在真空室中蒸發(fā)，制造一個(gè) C60 薄膜，然后讓氮離子噴射到薄膜表面。
在這個(gè)過程中，其中一些氮離子就會(huì)被捕獲并進(jìn)入C60薄膜中，形成所需的N@C60分子，但是效率非常低——每得到一個(gè) N@C60 分子都將消耗大約10000個(gè)C60分子（氮原子停留在其表面）。
而要讓這一個(gè)N@C60分子從10000個(gè)無氮 C60 分子中提取出來非常困難，因?yàn)镃60和 N@C60的化學(xué)性質(zhì)幾乎相同，目前主要是通過一種被稱為高壓液相色譜的技術(shù)將兩者分離。
總得來說，生產(chǎn)N@C60是非常困難的，它的實(shí)際成本非常高，這是它貴的原因所在，而不是因?yàn)樗挠猛居卸啻蟆?/p>
其實(shí)，我們從N@C60最初的成交是用于研究，而不是商用，也能知道它其實(shí)是因?yàn)槌杀靖卟刨u得很貴的，不會(huì)有太多利潤空間。
因?yàn)槟阗u太貴，很難吸引別人買去研究，別人不去研究，你就沒有商用的機(jī)會(huì)。
電子顯微鏡的富勒烯?Ludvig14
不僅利潤空間有限，而且現(xiàn)在N@C60作為原子鐘也沒有得到更大的應(yīng)用，只是處在研發(fā)階段，還有一些問題需要解決。
換句話說就是市場到底會(huì)是什么反饋并不是很清楚，所以沒人去做是正常的。
另外，這東西的成本貴有一方面自然是它前期的投入會(huì)很高，很少有人愿意會(huì)為一個(gè)未知的領(lǐng)域投入太多。
但是，只要這東西真的有市場，立馬就會(huì)有很多資金流入去研究它，到時(shí)候價(jià)格被打下來是肯定的。
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