實驗室里的納米之花

賈曉峰

我們的地球，因為有各種花草樹木的點綴，顯得生機盎然，分外美麗。不過，在比頭發絲的直徑還小的微觀世界里，同樣也有美麗鮮艷的花朵。讓我們來看看哈佛大學的研究人員在實驗室里為我們創造的“納米之花”吧！

在介紹“納米之花”之前，我們先講一個笑話。

有一個非常有錢的暴發戶，他為了顯示自己與眾不同，經常追求一些時髦流行的東西。有一次，他打電話給一位科學家，說：聽說現在納米很有用，報紙上說科學家在研究，電視廣告里天天在念叨納米技術，連股市里也有了納米板塊，而且火得不行。可我就是不知它的種子哪里有賣的，如果一年種上兩季，肯定能賣大價錢。科學家調侃他說：我來告訴你吧，我今天剛買了兩斤納米，正準備淘米做飯呢！

的確，納米這個詞匯現在已經滲入到了我們的日常生活：納米技術、納米材料、納米機器人……甚至還有了納米毛巾、納米冰箱、納米熱水器等新說法。一時間，納米成了最新高科技的代名詞。納米當然不是可以吃的“米”，那它到底是什么呢？

大家都知道，米是國際長度單位中的基本單位，一米的十分之一叫做分米，一米的百分之一叫做厘米，一米的千分之一叫做毫米，一米的一百萬分之一叫做微米，而一米的十億分之一叫做納米。說到這里，你就會明白了，納米不是什么多奇怪的東西，它只不過是一個很小的長度單位而已。

1納米有多長呢？拿我們腳下的地球和踢的足球來做比喻，你就會好理解了。地球的直徑約是13000千米，而足球的直徑為30厘米，地球和足球之間的比例，差不多相當于足球與直徑為1納米的足球烯（C60分子）的比例。

如果你還是不明白呢，我再給你舉個例子。你是不是覺得我們的頭發已經夠細了呢？其實不然，一根頭發的直徑平均為0.06毫米，但這幾乎是1納米的6萬多倍，想不到吧？下面的圖中列出了一些長度數量級，你可以比較一下。

納米只是一個長度單位，可是為什么納米技術就那么神奇呢？納米技術是一個范疇相當廣泛且具有深度的科學話題，我們在這里不多講。簡單地說，納米技術就是研究結構尺寸在1納米至100納米范圍內的材料的性質和應用的一種技術。通過納米技術，將某種物質的原子按照人類的意愿進行重新組合，最后可以獲得具有特殊性能的物質。“納米之花”就是這樣形成的。

“造花”的原理是這樣的：將作為原材料的幾種化學物質分別溶解在水溶液中，將溶液進行混合，再用先進的儀器來觀察，透過鏡頭你就進入到一個奇妙絢爛的花花世界了！

難道造出“納米之花”就這么簡單？No，No，No，還是讓花園的“園丁”——哈佛大學專門從事晶體生長研究的科學家維姆·諾丁來給大家講講吧。諾丁是在觀察珊瑚礁、海貝殼以及其他天然生成的復雜礦物結構時受到啟發，從而進行這項實驗研究的。他發現，由于晶體能自我組合，人們可以借助改變溫度、參與反應的化學物質的含量和水溶液中的酸性等方式來控制晶體的形狀、大小和組合方向，從而形成不同的形態。

現在來揭秘這些“花朵”的制造過程。在一個盛有水的燒杯中，將氯化鋇和硅酸鈉（俗稱水玻璃）混合，當化學反應進行時，它們還與空氣中的二氧化碳相結合，最終在水中形成了碳酸鋇晶體，這就是“花朵”的雛形。為了讓這些晶體的形態更加逼真和美觀，諾丁還需要進行精心的調節，以生成微觀尺度上的“花朵”、“根莖”，甚至“花瓶”。比如，增加二氧化碳含量可以創造寬闊而平坦的“葉子”形狀；變化酸度水平能夠在“花瓣”上產生褶皺的波形。之所以選擇這些形狀，是因為這些都是最容易生成的形狀之一。彎曲的“花瓣”、細長的“根莖”和參差不齊的“荊棘”都是由碳酸鋇和石英晶體所構成的，它們會逐漸顯示出技術控制下的效果。

諾丁領導的實驗小組能夠在載玻片和金屬板上創造出各種形態的“花朵”，比如玫瑰、睡蓮、牽牛花、郁金香……甚至在一枚硬幣上就能培育出一個充滿鮮花的“小花園”呢，這真是太神奇了！

不過可惜的是，“納米之花”只能在高倍電子顯微鏡下才能看到。這些美麗的圖片是利用掃描電子顯微鏡進行拍攝的，而顏色是采用數碼技術添加的。諾丁在談到他制造的“小花園”時感嘆道：“當你透過電子顯微鏡觀察時，你確實會感覺自己好像潛游在海洋中，看到了大面積的珊瑚和海綿。有時我都忘記了拍照，因為它們是如此的漂亮，令人著迷！”