福勒烯，这种迄今为止发现的最圆最对称的大分子，继续通过一个又一个奇特的性质令人惊叹不已。美国建筑师R · 巴克敏斯特 · 福勒（R. Buckminster Fuller）设计的测地拱顶和分子有着相同的基本对称，因此用他的名字命名了这种石墨和金刚石外纯碳的第三种存在形式。

巴基球是1985年在一项研究太空中碳分子的实验里作为副产品被发现的，然而直到1991年巴基球科学才兴盛起来。在过去的一年中，人们发现经过适当掺杂的C₆₀具有超导性和磁性，同时福勒烯家族增添了非对称的形式及绰号为巴基管的圆柱状纤维。福勒烯的各种新形式被接二连三地发现：片状的，加缀着自由基的，挂着氟原子的，被碳环撑胀的和当中塞有金属的。巴基球可能很快会受到工业界的宠爱，因为它不但在催化、聚合等商业基础领域，而且在较远的超导和铁磁性领域都有着潜在应用。

全明星队 巴基球一开始就是物理学家、材料学家、无机及有机化学家的宠儿。最初是物理学家领的头，他们指出了福勒烯不同寻常的电性质。今年，当能获得以克计的C₆₀后，化学家们也大举进入了该领域。不同领域的科学家小组正共同探索着巴基球的圆形世界。

1990年秋，科学家们发现在氦气中加热石墨棒能产生C₆₀。全国各地的实验室开始像做饭一样大量烧制C₆₀，认而引发了研究的爆炸性增长。七月，在苯冒着黑烟的火焰中发现了C₆₀，这使C₆₀可以更容易地生成。尽管C₆₀相对来说仍很贵——纯的每克至少要2000美元，但不少人预言福勒石（固态纯C₆₀）最终将作为大宗商品在地方化学用品商店内出售，几美元就能买到1磅。

分子婚姻 去年超强度物质人造金刚石放出的异彩使巴基球未能获得年度分子的称号。但一片阴影使钻石的光泽变得暗淡了：生长人造金刚石薄膜通常需要金刚石本身的光洁表面——一个昂贵而经常不切实际的开端。今年，巴基球前来解救了。研究者们在硅的表而覆上C₇₀，使金刚石在上面生长。瞧！和未经处理的硅相比，这种橄榄球形的福勒烯使金刚石的生成增长了10个数量级。

三维球戏 巴基球究竟怎么会有这些理化性质的呢？碳原子构成的五边形和六边形在C₆₀中协调地联接起来构成一个中空的测地拱顶，使键应力均匀分布在60个碳原子上。一些电子脱离了原位分布到整个分子上，这一特性甚至比在有机化学中极常用的物质——苯中还要明显。然而苯是扁平的，它的许多衍生物也趋向于叠成片层，因此可以毫不夸张地说，球状的巴基球给芳香化学增添了新的一维。

C₆₀的魅力不仅仅是它的对称美。起初曾以为它是物理稳定性的典范，结果却证明它是已知最具化学多样性的分子之一。今年，科学家们迈出了开拓性的几步。化学家们学会了如何制造福勒烯衍生物。他们将C₆₀气球吹大一两个碳原子，并在一些情况下保住了芳香族的电子结构。同一周有报告说C₆₀对自由基就像海绵一样，能吸收几十种这类活性基团。具有一个未成对电子的自由基对经济上可行的聚合过程来说是关键性的，因此福勒烯化合物有朝一日可能在这类工业过程中得到应用。

超导球 简单的C₆₀笼很容易接受电子，因此掺杂了钾等碱金属元素的固态福勒石能形成稳定的化合物。随着碱金属含量的增加，它们构成称为福勒烯化物的一族。一些福勒烯化物像变色龙一样，从绝缘体变成半导体，再变成超导体，最后重新变回绝缘体。例如纯C₆₀是绝缘体，k₃C₆₀是超导体，K₆C₆₀是绝缘体。超导性质以惊人的速度显露出来。4月份的临界温度为18 K，但到10月，由于有了用金属和铷、铯、铊的合金掺杂C₆₀及其橄榄球状兄弟C₇₀的新方法，临界温度可能会升到45 K。

高温超导的传统热门候选者金属铜氧化物已创下了125 K的纪录。目前福勒烯化物还不能和它们同台相争，但由于福勒烯化物材料是一种简单得多的物质系统，它们也许能打开一扇窥探迄今仍神秘莫测的超导机制的窗户。

磁性巴基 和超导性一样，铁磁性依旧是某些物质的一种神秘的电性质。今年巴基球证明它们也能玩磁性游戏。把一种有机还原剂加入福勒烯化物，出乎意料地得到了一种温度在16 K以下时的有机“软”铁磁体。这种新物质如没有外加磁场就不能保持磁性，因此它本身可能没有什么实际应用。不过有机铁磁体由于重量轻、能聚合将倍受重视，而现在搜寻范围一下扩大到了福勒烯。

碳笼化学 数年来化学家们一直在煞费苦心地制造有洞的分子，对那些洞穴的性质进行细微的调整，使其能容纳并传递不同的原子与离子。现在一种天然中空的分子从天而降，化学家们便开始急切地寻求充填巴基球的规律。将几种方法结合使用，他们最终将能特制各种充填了的巴基球，使之成为分子容器、放射性化合物的屏蔽物或给药媒体。镧原子今年被塞进了巴基球中，周的是制作瓶中船模的技巧：在填充物外构造分子笼。下一个目标是在保留脆弱的电子结构的同时，打开通向福勒烯笼内部的大门，使原子、离子能直接进入笼中。

扭曲触目 不是所有的福勒烯都具有C₆₀分子的完美对称，但即使是不平衡的结构也大有前途。已发现C₇₆和C₈₄呈螺旋状，C₇₈还具有空间螺旋形。由平面状的石墨最终生成具有空间螺旋形的碳，这已经够令人惊异了，而这些非对称形式还可能有奇特的应用。如用来生产非线性光学物质，这类物质暴露于一种频率的光时能像光开关一样发出另一种频率的光。

巴基管 今年最激动人心的进展之一出现在肮脏的福勒烯堆中。在一个用来制取福勒烯的碳电极表面的烟炱中发现了由极细的小管缠在一起而构成的针状碳。在卷起的各片层内，碳分子明显地排列成螺旋状。福勒烯管可能同时具有某些惊人的性质——包括高强度，因为常规形态的碳构成的纤维已经是最牢的了。越来越多的证据显示更高级的福勒烯——如C₂₄₀之类的巨型分子——可能不像C₆₀、C₇₀这些原型那样是对称的。它们更可能是非对称的，且结构中包含巴基管。

启动反应 碳分子笼的成键行为和几何特性使它们很可能成为优良的催化剂，因此工业化学家门正密切注视着巴基球赛。今年碳笼的外表已能用镍复合物、钯和铂复合物加缀，这一成就最终给我们的将不仅仅是一个美丽的分子。

球场受伤？ 许多有应用潜力的有机化合物都有一个严重的缺陷：容易插入DNA中，并诱发癌症。而巴基球却没有这一缺点，看来它们太大、太圆，以致不能像它们的一些平面状近亲那样插入到DNA中去。

然而巴基球必须面对它自己的潜在危险。当光和氧存在时，C₆₀分子能把自己多余的激励能传递给附近的氧分子，产生一种称为单线态氧的长命而极有反应活性的氧。巴基支持者们指出，即使是这种危险也可能会有前途：不处于激发态时，C₆₀能抑制其他种类单线态氧的活性。未经加缀的福勒烯不溶于水，这表明它们与生物组织可能很少反应。致癌性实验正在进行中，但目前看来巴基球还是一种较安全的游戏。

到目前为止，福勒烯科学呈现出了重大科学突破的经典特征。巴基球是被研究一个截然不同的问题的科学家们偶然地发现的，然后它们被不断地探索辑，直至能被广泛地获取，使得研究领域迅速膨胀。目前科学家们正享有着指数阶段，几乎一切都是新的，一切出乎意料的事都可能会发生。最终，努力将集中于几个有前途的研究分支，实际应用将像雨后春笋般地涌现。

[Science，1991年12月20日]