“科技之光”第八讲——碳：一个元素与两个诺贝尔奖的故事

2016年3月21日晚，我校书院“科技之光”系列讲座第八讲在张江校区举行。物质学院特聘教授、中科院金属研究所研究员、中科院院士成会明以“碳：一个元素与两个诺贝尔奖的故事”为题，通过大量图片及视频的展示，向同学们讲述了富勒烯、碳纳米管和石墨烯的发现、发展及未来。

首先，成院士由生活中的碳元素——木炭、煤炭、二氧化碳等引入，简单介绍了碳元素基本的物理化学性质。碳可以以SP、SP₂、SP₃的形式杂化，多样的杂化方式是碳具有丰富同素异形体的本源。他提到，碳材料的不同结构，会导致截然不同的性质。例如最硬的金刚石和最软的石墨烯，高吸光的石墨和高透光的石墨烯。之后，他具体地讲解了零维的富勒烯、一维的碳纳米管和二维的石墨烯。富勒烯是由波谱学家克罗托（H. W. Kroto）在研究星际空间汽暗云中富含碳的尘埃时意外发现，他随后与科尔（R. F. Curl，Jr）教授、斯莫利（R. E. Smally）教授通过实验测定了富勒烯的球形多面体结构。富勒烯目前广泛应用于固体润滑剂、催化剂、太阳能电池及靶向药物等领域。他说，碳纳米管也是在实验中偶然发现的，并鼓励同学们要多观察实验中现象的变化，并对一些出人意料的结果进行深入研究。当讲到碳纳米管应用时，在座同学都对其前景充满了惊讶与期待：在未来，可以利用碳纳米管的柔软性制备可弯曲、可折叠的显示器；还可以利用它密度小的性质制作碳纳米管“天梯”，人类可以通过乘坐碳纳米管天梯直达宇宙空间站。最后，他讲述了石墨烯的相关知识。石墨烯与生活息息相关，当我们用铅笔写字的时候，就在制造石墨烯。未来，石墨烯可在透明导电薄膜、储能器件、柔性OLED、柔性电池等领域大显身手。

讲座结束后的提问环节也非常热烈。有同学问，石墨烯是二维结构，对其不同面上进行的化学修饰是否会相互影响？成院士回答，因为石墨烯很薄，两者的相互影响是肯定存在的，但可以通过制备多层石墨烯增加厚度的办法减少相应影响，但是厚度增加也会导致量子效应减弱等一系列问题。还有同学问，富勒烯中C60、C72和C80有什么区别？成院士回答，富勒烯是个很大的家族，C60的球形结构最完美、能量最低、最易合成，其他的能量较高，球体结构或多或少都有些变形，但他们的物理性质差别其实并不大。通过这次的讲座，同学们了解了碳元素相关的研究进展，感受了碳元素的科学魅力。