纳米碳管与生命科学ZZ

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---某博士后手记

序：“左老师，您还经常写作文么？写个我的故事吧。”
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美国N国家实验室的皮特金同意招我去作博士后了。 信中说，他对名古屋大学在纳
米碳管方面的研究进展一直很感兴趣。等我月底通过博士答辨后就启程。

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今天答辨，一切顺利。导师饭岛先生对我的论文给予了优良的评价。五年求学期间，
得到先生许多指教和关照。在答辨时，对先生的贡献作一些充分的赞扬，也是理所
当然的。

“自从1991年，饭岛先生发现纳米碳管以来，全世界的科学家都对其如痴如醉地加
以研究。目前，利用纳米碳管的场发射特性，制造平面显示器件，已经接近实用。
利用纳米碳管的半导体特性研制新型电子器件的工作正全面展开。利用纳米碳管的
机械性能织造的高强度纤维，已经装备了美国伞兵部队。利用纳米碳管的吸附特性，
制备储能物质，最终解决能源危机和环境污染问题，是各国政府都在下大本钱在作
的事情。十分遗憾的是，饭岛先生至今还没有受领诺贝尔奖， とても残念です…”


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来到洛矶山下已经好几天了。找房子，买汽车，办报到，忙得不亦乐乎。今天，终
于在所里见了老板。皮特金听说我们用气相外延法在１０分钟内便能生成２．５厘
米长的单层碳纳米管，纯度达９９．９８％，感到非常振奋。他向我介绍了组里的
情况和我博士后工作的内容。

“能源部的要求很明确。开发新一代发动机的储氢材料。指标6．5 wt% H2 和62kg
H2/m3。 我们过去两年来干得最好的一件事就是证明了，常温常压下，使用单壁纳
米碳管可以得到5-10 wt%的储氢率。坦率地说，我们在材料制备上不太行。因此，
我热烈欢迎你加入我们的队伍！”

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已经快两个月了。这里的实验条件比起日本，最好的一点是场地宽敞。至于仪器方
面都差不多。实验结果有点怪怪的。一样的炉子，一样的工艺条件。不知为什么，
做出的SWNT(单壁纳米碳管)的螺旋性特别强。

读书的时候，就知道所谓「纳米碳管」就是把平面的石墨卷成管。能“卷”出来，
当然就是点石成金。一克值一千美金！当石墨片中出现正五边形或正七边形的结构
而不再只有正六边形时，便会产生弯曲，纳米碳管之末端之所以有底，就是这么封
起来的。在管壁上，如果长了异形环，也会让那些六边“蜂窝”转着长。搞理论的
算过，如果沿长轴方向排列的一列六边形是直的，则纳米碳管就具有金属的性质，
能够导电。如果一列六边形呈螺旋状排列，那么纳米碳管就具有半导体的性质。当
然，如此一来，纳米碳管的应用又有了相当的空间。搞储氢的强调的却是定向性。


下午，跟老板进行了讨论。最后认为原因可能是(a)美国和日本使用的电力频率不同；
(b) N所与名古屋的海拔不同，此地有一哩之高了。

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最近，主要在忙两件事。首先是反应器炉腔的改装。数学界和天体物理界这两年在
混沌动力体系中有些新发现。说在宇宙的绝对真空条件下，太空中存在许多由天体
的万有引力场所产生的稳定与不稳定流形所组成的管道。太空飞行器在这些管道中
穿行，不需要任何燃料（除了极少的方向控制操作）。美国最近的一次太空飞行就
是用的这种模型，结果相当成功。另外，根据这一套新理论，人们发现太阳和木星
的重力场在太阳系中形成一些不动环（也就是说这些环中的物体不往外跑），久而
久之，在重力的作用下聚在一起形成了各个行星。这些不动环的位置与我们现实中
观测到的现有行星轨道吻合得很好。按这个思路来重新设计反应器，希望纳米碳管
可以循正确的空间管道成长，应该得到定向性好，且超长的纤维。

另一件是筛选合适的添加剂。公开报道见过往纳米碳管里搀铜的，说是显著提高了
储氢的效率。N所另有自己的秘密。皮特金希望我尽快试一下他们试过的两种“魔粉”。
一种是什么磷酸盐，另外是硼的一种什么化合物。说来可怜，这么久了。纳米碳管
储氢的机理仍然不太清楚。氢气分子是完全充填在管内，还是吸附在表面？什么状
态？化学成键， 还只是分子间作用力？碳管表面的含氧官能团起什么作用？实验上
只能间接地推测一下。N所的理论还是很强的。听说最近也在算水如何在小径纳米碳
管里“高温”结冰的现像。

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前一段的努力得到了回报。合成生长得很顺利，产量也高。纳米碳管的内径达到0．
4纳米，几乎是理论极限了。皮特金很高兴。应用组的那几位，正忙着组装燃料箱，
往里压氢。说是能源部、交通部、和福特公司的，下周都要来看看。

理化综合分析室的老头汤姆逊，叫我去取这批制品的X光衍射图谱。底版上的光点，
构成一个漂漂亮亮的大X。汤姆逊问我“知不知道鲍林的α-螺旋”。我说“我不仅
知道鲍林的，还知道华生和克利克的双螺旋。DNA对吧？”老头笑了。其实现在螺不
螺旋对我已无所谓，这批加了催化剂的纳米纤维，已经取得了很高的储氢率。

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参观，表演都很顺利。我自己也是头一次真正见到质子交换膜的燃料电池(PEMFC)是
怎样工作的。来客中还有一位海军军官，晚宴是刚好坐我左边。他告诉我以PEMFC为
动力的潜艇已经在大西洋底运行了。如果用上我们今天演示的高质量的纳米碳束，
他们会潜得更深，航得更远。能源部的那个官员跟皮特金一直在窃窃私语。后来皮
特金说，明天，客人们要上山去滑雪。我们的任务呢，一是要继续加大容量，减少
“加油”频率；二是增加反复“加油”的能力，也就是保持纳米碳管的吸氢能力。


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应用组出事故了！储氢的燃料盒爆炸。原因不明。可能是接口气密环损坏，产生
“爆鸣气”，遇明火起爆。也可能是电气故障，电弧打到燃料盒上，气体急剧膨胀
起爆。好在没人受伤，就是受了点惊吓。我到现场时，皮特金正愁闷地拿着崩掉的
燃料盒盖琢磨。我见盒底只有黏呼呼、黑呼呼的一团。还冒着烟，有些象沼气味。


盒底的焦油，送理化综合分析室化验去了。汤姆逊皱皱眉，问我什么玩艺。我努力
想说个笑话，“看着象碳水化合物吧？”

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我惊呆了！我们都惊呆了！

快中午的时候，汤姆逊叫我立刻过去一下。屋里还有几个挂着访客胸牌的外人。是
州立大学生化系的。墙上，桌上摊着好多红外光谱和液相色谱的标准谱图。见我进
门，汤姆逊深情地凝视了我半天，直到我心中起毛，拔脚欲逃的时候，才结结巴巴
地说：“我们在你们的燃料盒里，见到了核醣， 胞嘧啶，和其它一些可能是氨基酸
的片段！” 我张了张嘴，没有出声，嗓子发干。 随后赶来的皮特金，也一下子在
门口楞住了。

事故，确实是事故。苹果砸着人了，是“事故”；壶盖冲地上了，是“事故”；底
版漏光了，也是“事故”… 今天，总算让我也碰上了一个“事故”！

碳、氮、氢、氧…，是的。这些东西，我那盒子里都有。如果磷酸恰当地挂在螺旋
上，为什么它不能再挂上核醣，挂上氮基盐，转成生命的起源？我禁不住冲出大楼，
在空旷的后操场，向着洛矶山喊了很长的一声拖腔。

大家谁都没有心思吃饭。我们几个在院子的草坪上继续激动。州立大学那个胖子，
跟我们详细地回顾了斯坦利·米勒50年前所做的实验。米勒在1953年的实验表明，
原始大气中的闪电在大海中产生氨基酸，生命由此而生。然而，他的实验没能找到
形成基因物质所需要的糖。最近佛罗里达大学的史蒂文·本纳发现含有硼砂的矿物
质，有助于把在星际尘埃云中发现的有机分子变成核醣，并能保护它不致于像烤糊
的蛋糕一样在创世纪的严酷条件下燃烧掉 。核醣是组成核糖核酸的基因物质的核心
物质。这一发现是近年来生命起源研究课题最漂亮的一个进展了。

“我相信30亿年前，在生命出现的时刻，纳米碳管是存在的！”胖子坚定地说。

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所长把我们昨天草地讨论的人都召集到小会议室。然后确定了三件事情：(1) 他跟
皮特金，今天就去华盛顿汇报，并向NSF申请紧急资助；(2)重复实验，由我主持设
计，汤姆逊和胖子协助；(3) 准备一篇快讯投NATURE杂志。

会后，老板就出发了。我的心还沉不下来作事情，东悠西逛乱转转。汤姆逊跟我开
玩笑说，“我想农业部这次也应该参与储氢项目了。我一点都不惊奇，你的燃料盒
会长出三叶虫，或者钻出个老鼠来。”

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早上，在停车场遇见皮特金，跟他打招呼，询问使命顺利的时候，就觉得他的态度
有些古怪。 十点钟，他叫我去他办公室，所长也在。

“衷心地感谢你将近一年来杰出的工作和贡献。由于我们研究项目的调整和经费问
题，我们不得不很遗憾地中止我们的合作…”

我看得出，他们两人都很尴尬。他们答应给我六个月的支票作为遣散费，还要给我
写最好的推荐信。我谢绝了。

我想到一句成语“乐极生悲”，其实也没什么可悲的。或者我想说的是，生活象个
万花筒转得太快。祖国已经召唤过我好几次了。现在，我终于可以顺理成章地“毅
然”了。

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跋： “半年以后，我作为东海学者，去美国开会。顺便到N所看看。皮特金、汤姆
逊，还有其他很多课题组的人都不在了。秘书见我失落的样子，安慰我说，他们都
很好，都经常提起我。他们全都调到另一个地方去工作了。……你听说过51号地区
吗？”