实验室里的纳米之花

贾晓峰

我们的地球，因为有各种花草树木的点缀，显得生机盎然，分外美丽。不过，在比头发丝的直径还小的微观世界里，同样也有美丽鲜艳的花朵。让我们来看看哈佛大学的研究人员在实验室里为我们创造的“纳米之花”吧！

在介绍“纳米之花”之前，我们先讲一个笑话。

有一个非常有钱的暴发户，他为了显示自己与众不同，经常追求一些时髦流行的东西。有一次，他打电话给一位科学家，说：听说现在纳米很有用，报纸上说科学家在研究，电视广告里天天在念叨纳米技术，连股市里也有了纳米板块，而且火得不行。可我就是不知它的种子哪里有卖的，如果一年种上两季，肯定能卖大价钱。科学家调侃他说：我来告诉你吧，我今天刚买了两斤纳米，正准备淘米做饭呢！

的确，纳米这个词汇现在已经渗入到了我们的日常生活：纳米技术、纳米材料、纳米机器人……甚至还有了纳米毛巾、纳米冰箱、纳米热水器等新说法。一时间，纳米成了最新高科技的代名词。纳米当然不是可以吃的“米”，那它到底是什么呢？

大家都知道，米是国际长度单位中的基本单位，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，一米的一百万分之一叫做微米，而一米的十亿分之一叫做纳米。说到这里，你就会明白了，纳米不是什么多奇怪的东西，它只不过是一个很小的长度单位而已。

1纳米有多长呢？拿我们脚下的地球和踢的足球来做比喻，你就会好理解了。地球的直径约是13000千米，而足球的直径为30厘米，地球和足球之间的比例，差不多相当于足球与直径为1纳米的足球烯（C60分子）的比例。

如果你还是不明白呢，我再给你举个例子。你是不是觉得我们的头发已经够细了呢？其实不然，一根头发的直径平均为0.06毫米，但这几乎是1纳米的6万多倍，想不到吧？下面的图中列出了一些长度数量级，你可以比较一下。

纳米只是一个长度单位，可是为什么纳米技术就那么神奇呢？纳米技术是一个范畴相当广泛且具有深度的科学话题，我们在这里不多讲。简单地说，纳米技术就是研究结构尺寸在1纳米至100纳米范围内的材料的性质和应用的一种技术。通过纳米技术，将某种物质的原子按照人类的意愿进行重新组合，最后可以获得具有特殊性能的物质。“纳米之花”就是这样形成的。

“造花”的原理是这样的：将作为原材料的几种化学物质分别溶解在水溶液中，将溶液进行混合，再用先进的仪器来观察，透过镜头你就进入到一个奇妙绚烂的花花世界了！

难道造出“纳米之花”就这么简单？No，No，No，还是让花园的“园丁”——哈佛大学专门从事晶体生长研究的科学家维姆·诺丁来给大家讲讲吧。诺丁是在观察珊瑚礁、海贝壳以及其他天然生成的复杂矿物结构时受到启发，从而进行这项实验研究的。他发现，由于晶体能自我组合，人们可以借助改变温度、参与反应的化学物质的含量和水溶液中的酸性等方式来控制晶体的形状、大小和组合方向，从而形成不同的形态。

现在来揭秘这些“花朵”的制造过程。在一个盛有水的烧杯中，将氯化钡和硅酸钠（俗称水玻璃）混合，当化学反应进行时，它们还与空气中的二氧化碳相结合，最终在水中形成了碳酸钡晶体，这就是“花朵”的雏形。为了让这些晶体的形态更加逼真和美观，诺丁还需要进行精心的调节，以生成微观尺度上的“花朵”、“根茎”，甚至“花瓶”。比如，增加二氧化碳含量可以创造宽阔而平坦的“叶子”形状；变化酸度水平能够在“花瓣”上产生褶皱的波形。之所以选择这些形状，是因为这些都是最容易生成的形状之一。弯曲的“花瓣”、细长的“根茎”和参差不齐的“荆棘”都是由碳酸钡和石英晶体所构成的，它们会逐渐显示出技术控制下的效果。

诺丁领导的实验小组能够在载玻片和金属板上创造出各种形态的“花朵”，比如玫瑰、睡莲、牵牛花、郁金香……甚至在一枚硬币上就能培育出一个充满鲜花的“小花园”呢，这真是太神奇了！

不过可惜的是，“纳米之花”只能在高倍电子显微镜下才能看到。这些美丽的图片是利用扫描电子显微镜进行拍摄的，而颜色是采用数码技术添加的。诺丁在谈到他制造的“小花园”时感叹道：“当你透过电子显微镜观察时，你确实会感觉自己好像潜游在海洋中，看到了大面积的珊瑚和海绵。有时我都忘记了拍照，因为它们是如此的漂亮，令人着迷！”