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纳米碳管与生命科学

---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?”

(2005-04-01)
Because of the bad weather last weekend, we went to hike Mt. Moosilauke this weekend. We did round trip with Beaver Brook Trail. The cascades are so beautiful that spend a lot of time to enjoy. The trail is also very steep but it is OK for climb up, however, it is very hard to descend. We saw some kids hiked down so fast and so easy. The summit is fabulous, 360 degree view, stacked rocks, and grass. Here are some photos.


wood steps


One of the cascads



summit 2


summit 1
风景很不错的一座庙,虽然庙宇是"和氏风格"(neubc评价),但周围的风景不赖,小湖边的公园很象样,回桥,亭子,栅栏,观音.还有大雄宝殿外的18罗汉大道很有气势,千莲台很有神密感.
7/23 Mt.Tecumseh 7/25/2005 11:35
很容易的一座山, 4000 footers中最矮的一座: 4003, 爬升2200, 全长(round trip) 6.02, 时间4小时.



host of the peak




part of trail


peak view
fireworks 7/06/2005 11:17










心理医生和Shrink 6/22/2005 17:35
谁能告诉我, :??: 为什么心理医生被称为“Shrink"?
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