一些研究人员正在热切探索新发现的被称为富勒管的碳晶体的特性。
新发现的碳晶体符合几何规则，即12个五边形和偶数六边形可以形成一个封闭的外壳。来源：科学共享图库
碳可以排列成自然界中最坚硬的材料之一，也可以排列成一种柔软的材料。几十年前，科学家开始想：除了钻石和石墨，碳还可能采取哪些其他晶体形式？
年，他们得到了第一个答案。一群化学家发现了由60个碳原子组成的小空心球体，他们称之为buckminsterfullerenes，简称buckyballs或fullerenes。（这些晶体类似于大地测量圆顶）随着研究人员竞相发现所谓的最美丽的分子的性质和应用，一个新的化学领域围绕纳米宽球体出现了。
发现了更大的富勒烯。然后，几年后，日本物理学家SumioIijima的一篇论文引发了人们对一种相关碳形式的兴趣，最初被称为buckytubes，但现在被称为碳纳米管：由碳原子蜂窝晶格制成的空心圆柱体，像卫生纸管一样卷起来。
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碳晶体具有其他元素似乎无法比拟的电、化学和物理特性。当三位巴基球的发现者罗伯特·库尔、哈罗德·克罗托和理查德·斯莫利获得年诺贝尔化学奖时，围绕碳纳米科学的兴奋感更高。然后在年，物理学家AndreGeim和KonstantinNovoselov找到了一种分离碳原子片的方法——一种被称为石墨烯的晶体——点燃了自那时以来一直持续的研究的又一次爆炸，并为自己赢得了年物理学诺贝尔奖。
最近，化学家发现了另一种碳晶体——这次，更不用说大张旗鼓了。大多数为这个故事联系的碳专家仍然没有听说过。到目前为止，全球的整个供应量可能达到毫克，大约是少数家蝇的质量。
来源：科学共享图库
弗吉尼亚理工学院和州立大学的化学家HarryDorn表示，这些最新的碳结构介于球形富勒烯和圆柱形纳米管之间；它们是两者的“纳米结合”，形状像药胶囊，他与分子的最初发现者普渡大学的史蒂文·史蒂文森合作。Stevenson和Dorn将晶体命名为Furlertubes。
Fullertubes结合了富勒烯和纳米管的最佳功能。他们的属性如何或是否有用还有待观察。
Fullertubes的采矿
fullertube世界的中心是一个化学实验室，大小相当于印第安纳州普渡大学韦恩堡校园的客厅大小。在那里，史蒂文森和他的小本科生骨干收集并分类了新发现的分子，这些分子由不同宽度和长度的圆柱体末端的半球帽组成。
年，史蒂文森和合作者宣布了全管家族的第一位成员，这是一个90原子分子，本质上是由30原子纳米管中段连接的两半。他们发现了该分子以及两个由96个和个碳原子组成的较大的兄弟姐妹。
今年，史蒂文森和多恩描述了另外两个全管，它们都由个碳原子组成。他们的研究表明，这些药丸状分子中较窄的分子具有导电性，而更宽、较短的分子——有趣的是半导体，这意味着它可能可用于晶体管和其他电子器件。Fullertubes还具有一系列光学和拉伸特性，研究人员仍在探索这些特性。
年，西雅图系统生物学研究所的JamesHeath在与Curl和Smalley合作的研究生时帮助隔离了第一批富勒烯，他称新的富勒管是“可爱的结构”，遵循了最初导致他和他的同事寻找富勒烯的几何规则：12个五边形和偶数六边形可以形成一个封闭的外壳的规则。（例如，巴基球的六边形和五边形与足球的图案相同。Fullertubes保持规则，同时添加额外的六边形带。）
这些分子多年来一直被藏在长期以来一直是富勒烯主要来源的特殊碳烟中。但在年，史蒂文森终于想出了如何从更丰富的富勒烯中挑选管状胶囊。
这种特殊的烟灰通常是通过在室内石墨棒上蒸发碳制成的。当碳蒸气在室内壁上冷却时，它的大部分会凝结成富勒烯，但罕见的富勒管也形成，像宝石一样撒在一座山的渣中。史蒂文森的魔术依赖于被称为胺的水溶性分子。这些被吸引到碳原子的六边形排列附着在五边形排列的地方——这些交叉点出现在富勒烯上。另一方面，纳米管对胺没有吸引力，因为它们只有六边形，而全管子部分受到纳米管中段的胺侵害。因此，当胺与富勒烯结合，使其可溶于水中时，未反应的富勒管仍然不溶；史蒂文森可以简单地冲洗富勒烯，留下富勒管。
然后，他通过机器运行富含富勒管的样品，这些机器根据分子的质量和微妙的化学差异分离分子，产生具有均匀质量、形状和性能的纯净全管集合。
Fullertube采矿过程从石墨棒开始。史蒂文森将一根棒子放入一个腔室中，电弧将蒸发碳，导致富勒烯和富勒管的形成。来源：科学共享图库
专家表示，分离纯净、均匀的全管样本的能力使分子比其他分子更具吸引力。富勒烯也可以分离，但它们缺乏电气和光学特性，使富勒管和纳米管有望成为电路或光基传感器的组件。与此同时，纯度仍然是纳米管研究人员的梦想，他们经常处理一堆随机长度和直径的管子，甚至嵌套管子。那么，fullertubes能克服阻碍其堂兄弟的障碍吗？
Buckyballs怎么了？
在年《科学美国人》杂志的一篇文章中，Curl和Smalley想象了buckminsterfullerenes的革命性应用，包括新的碳基超导体、电子产品和润滑剂。他们写道：“散装C60的多功能性似乎每周都在增长。”
五年过去了。“尚未产生任何实际有用的应用程序，”诺贝尔奖委员会在年的一份新闻稿中写道，宣布Curl、Kroto和Smalley因发现buckminsterfullerenes而获得了化学奖，“但这早在宏观数量的富勒烯可用六年后就没有预料到。”
瑞士洛桑联邦理工学院教授ArdemisBoghossian表示，富勒管在细胞荧光成像方面比纳米管具有优势。来源：科学共享图库
四分之一个世纪后，最初希望的产品都没有上市。你可能在商业上遇到buckyballs的少数地方是化妆品和膳食补充剂，它们吹捧该分子作为抗氧化剂的潜力。然而，这两种产品类型都不需要FDA的批准，几项研究表明，buckyballs有*性的迹象。（一项研究似乎支持健康益处，至少在延长受电离辐射影响的小鼠的寿命方面；另一项研究发现小鼠没有延长寿命的好处。）
加州大学伯克利分校物理学家MichaelCrommie认为富勒烯主要对形成通往其他碳晶体的痕迹具有重要意义。因为我们有巴基球，这导致了纳米管，并最终导致了石墨烯。
纳米管比富勒烯在科学和商业上取得了更大的成功。你可以在五金店取货，在那里，它们可以在“纳米胶带”或“gecko胶带”中找到，这些胶带使用晶体进行粘附，就像蜥蜴的脚使用微小毛一样。纳米管非常坚固，性能可能远远优于钢材——除了没有人能够制造出足够长度的纳米管来进行超强布线。尽管如此，纳米管在混合到织物、船体、高性能车身和网球拍中时会增加强度。它们还广泛用于水过滤和提高某些电池的性能。
但是，尽管这些应用涉及大量不同长度和直径的纳米管，但更开创性的应用，如精密纳米传感器，将需要彼此相同的纳米管。例如，由不同纳米管构建的两个传感器对同一刺激的反应不同。电子产品需要统一的组件才能以可预测的方式运行。
汽化过程中产生的碳烟灰（左上角）通过液相色谱机（右上角），该机产生一小瓶纯全管样品（底部）。来源：科学共享图库
也许找到一种简单的方法来隔离纯纳米管的人可能会获得诺贝尔奖，就像Geim和Novoselov获得物理学奖一样，不是因为发现了石墨烯，而是因为分离了石墨烯。
马里兰大学的YuHuangWang等研究人员正在开发一种剪切长纳米管以产生特定长度的方法——这是一种艰苦的自上而下技术，从混合纳米管开始，并将其转换为相同部分的集合。其他研究人员正试图自下而上逐个原子构建纳米管，但这种方法既错误又昂贵。
石墨烯具有均匀的单层板，是碳纳米材料的真正潜力将实现的地方。通往碳基电子和磁性器件的最佳途径是将石墨烯丝带修剪成有用的形状——这项技术已经导致实验室中复杂的电子设备。
年，buckminsterfullerenes（左起）、SeanO’Brien、RichardSmalley、RobertCurl、HarryKroto和JamesHeath的发现者在休斯顿莱斯大学的草坪上。
来源：莱斯大学斯莫利纳米科学技术研究所记录/UA/伍森研究中心/丰德伦图书馆/赖斯大学
Fullertubes的婴儿步骤
那么，什么角色（如果有的话）可能会被fullertubes填补？由于晶体是均匀的，可以是导体或半导体，Stevenson和Dorn想象它们可能会像纳米大小的乐高积木一样连接在一起，制成微型电子产品。
Boghossian将纳米管插入细胞中，以研究内部环境。它依赖纳米管荧光：结构吸收一种颜色的光，发射另一种颜色的光，光的变化揭示了有关细胞状况的信息。但荧光取决于纳米管的结构，它们之间的差异使信号更难解释。最短的全管不会荧光，但较长的管会显示出荧光。如果更长时间的全管更强烈地荧光，这将对光电子应用有很大帮助。
自年以来，根据对学术出版物的搜索，大约篇论文中提到了富勒烯。纳米管出现在个。对石墨烯的搜索显示引用量超过20万次。对于fullertubes，截至我写这篇文章时，相关出版物的历史总数为94种。
随着时间的推移，如果研究发现与纳米管相似的特性，更多的研究人员可能会跃向更丰满的管，并增加精确长度的好处。尽管如此，这需要一些适应，因为人们一生都在研究纳米管[和其他碳形式]。
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