每克卖1.67亿美元，世界上成交最贵的材料，咋就一个国家在生产？

坚强哥 · 发表于 2023-6-20 12:04:30

现在世界上公认最贵的材料是反物质，它的生产成本每克超过60亿美元，但是反物质目前没有办法储存它，它也并没有在交易市场上真正成交过。
目前已成交的最贵物质其实是一种内嵌富勒烯，它在2015年的时候，以33400美元200微克的价格完成了第一次成交，折合下来差不多就是每克1.67亿美元，远远超过其它任何材料的成交价格。
但是让人意外的是，目前全世界只有一家实验室在生产它。
那么问题就来了，既然这东西这么值钱，为啥没什么人去生产呢？还有这种内嵌富勒烯到底是怎么回事，它又有何用途让它能够如此值钱？

内嵌富勒烯到底是什么？
很多人可能从“烯”字就已经知道它和碳有关系，事实也是如此，富勒烯就是一种碳的同素异形体，而“内嵌“则表示的是这个同素异形体内部还存在一些原子或者分子。
碳是目前已知最“通用的”元素，它允许碳原子以各种各样不同形式排列，然后形成各种同素异形体。
我们常见的比如有钻石——这可能是最受欢迎的碳同素异形体，其碳原子以晶格形式存在，然后碳分子以四面体角键合，形成非常牢固的结构。
再比如石墨，这是最常用的碳同素异形体，常见于铅笔芯，其碳原子以片状或层状六边形镶嵌堆叠并粘合在一起的形式存在。

另外比较出名的还有石墨烯——碳原子以单片石墨的形式存在，我们今天的主角富勒烯正是来自于石墨烯。
但与石墨烯不同的是，富勒烯是将单片碳原子形式转变成了一个“球状”，每个分子由60个碳原子组成，而这60个原子组成了20个六边形，以及在六边形中散布着12个5边形。

不知道你看到富勒烯的结构想到了什么，总之它的命名是按照测地圆顶的推广者巴克明斯特·富勒（Buckminster Fuller）的名字命名的。
富勒烯的内部是空的，所以就有了内嵌的概念，简单地说就是往里面填入其它原子或者分子等更小的微粒，这样就变成了内嵌富勒烯。

内嵌富勒烯分子几乎违反了化学键合的普通定律，因为内部的原子或者分子与富勒烯的关系就像是容器和容物的关系，不存在化学键合。
在所有内嵌富勒烯中，最特别的是 N@C60（xx@C60就是表示内嵌富勒烯的，@表示xx在富勒烯内部，N@C60就是指富勒烯内部是1个氮原子），我们前面说到的最贵成交材料正是这个。

内嵌富勒烯其实很早就出现了，但是最初它内嵌的基本都是非常惰性的物质——比如氦、氖等，内嵌一个像氮原子这样“活泼”的还是刚刚出现的。
事实证明，由于氮电子拥有较长自旋寿命，它是制造精确原子钟的关键，而N@C60可能成为未来原子钟的关键材料。
一种可以融入芯片的原子钟
与时钟的钟摆或手表的机械装置不同，原子不会出现制造错误或磨损，而且只要在与环境适当隔离的情况下，它们的共振频率完全由物理定律设定，所以以此为基础的原子钟是目前最精准的计时装置。

但是，这里适当隔离基本是要真空，这意味着原子钟往往非常巨大——一个房子那么大，即便是商用的也要达到一个手提箱那么大。
而许多需要精准核对时间的应用场景，常常难以塞下这么大一个设备，比如我们的手机，而N@C60的出现正好可以解决这个痛点。
因为氮原子完全漂浮在富勒烯内部，这就像一个原子钟的真空环境一样，保持了氮原子的特性，让其可以自由共振，就像是原子钟表现的那样，而实际它的体积却很小，甚至可以融入芯片。

微型原子钟现在最广泛的应用场景就是无人驾驶设备的定位，这个行业对误差非常敏感，所以非常需要原子钟的精准度。
就拿无人驾驶来说，目前普通 GPS 导航的精度在几米以内，因此要正确跟踪和控制车辆可能会很棘手，而微型原子钟可以直接融入到设备中，在不影响现有汽车的设计模型情况下，却可以获得低至 1 毫米左右的精度分辨率。
最后，很多人可能会好奇，这样一个具有未来前景的材料，而且它还卖得那么贵，为什么目前只有一个实验室在生产它呢？
其实，现在已知有几种方法可以合成N@C60，这不是什么秘密，有许多文献都写的很清楚，但是所有这些方法都需要极端条件，难以生产。

这是因为推动氮原子通过碳笼在热力学上是非常不利的，我看到这个团队在回复采访的时候是这样形容的：在化学上要把氮推入富勒烯等同于将水推上山。
不仅难以生产，而且生产过程中失败的概率远高于成功，这意味着需要提纯，而提纯的难度也异常大。
现在唯一生产N@C60的团队是牛津的Designer Carbon Materials，他们在牛津大学的实验室内完成制造。
制造过程很透明，他们将富勒烯在真空室中蒸发，制造一个 C60 薄膜，然后让氮离子喷射到薄膜表面。

在这个过程中，其中一些氮离子就会被捕获并进入C60薄膜中，形成所需的N@C60分子，但是效率非常低——每得到一个 N@C60 分子都将消耗大约10000个C60分子（氮原子停留在其表面）。
而要让这一个N@C60分子从10000个无氮 C60 分子中提取出来非常困难，因为C60和 N@C60的化学性质几乎相同，目前主要是通过一种被称为高压液相色谱的技术将两者分离。
总得来说，生产N@C60是非常困难的，它的实际成本非常高，这是它贵的原因所在，而不是因为它的用途有多大。
其实，我们从N@C60最初的成交是用于研究，而不是商用，也能知道它其实是因为成本高才卖得很贵的，不会有太多利润空间。
因为你卖太贵，很难吸引别人买去研究，别人不去研究，你就没有商用的机会。

不仅利润空间有限，而且现在N@C60作为原子钟也没有得到更大的应用，只是处在研发阶段，还有一些问题需要解决。
换句话说就是市场到底会是什么反馈并不是很清楚，所以没人去做是正常的。
另外，这东西的成本贵有一方面自然是它前期的投入会很高，很少有人愿意会为一个未知的领域投入太多。
但是，只要这东西真的有市场，立马就会有很多资金流入去研究它，到时候价格被打下来是肯定的。

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