第4章 零件的重量------------------------------------------，海寧冇有忘記自己的研。。白天被外部，晚上纔有時間做自己的實驗。有，他突然，等他把、資料整理好、報告發給客戶，那。，在扉頁上寫了一行： “自己的實驗，優先。 ”，這句話根本冇有用。因為客戶，客戶的錢不會等他，客戶。如果他為了自己的實驗耽，下次人家就不會找他了。。
早上六點到八點，做自己的實驗。九點到下
午六點，做外部專案。晚上七點到淩晨一點，
做自己的實驗。
一天十八個小時。七天。一個月後，他開始掉頭髮。
第一階段：零件的尋找（第 4-5 個月）
海寧的研究目標是：用碳的同素異形體作為
“零件” ，組裝成一個分子機器，實現“光-暗
態-光”的轉換。
碳是這個宇宙中最慷慨的元素之一。它可以
變成零維的富勒烯、一維的碳奈米管、二維
的石墨烯、或者發光的碳量子點。每一種形
態都有獨特的性質。
他的想法是：把這些“零件”組裝起來，做成
一個分子尺度的機器。
但這個想法有一個前提：這些“零件”必須能
協同工作。它們不能隻是攪在一起，而是要
像樂高積木一樣，一個扣一個，形成精確的
結構。
海寧冇有直接用之前氮摻雜的碳奈米管。
氮摻雜解決了氧化問題，但他知道，那是“急
救方案” ，不是“最優方案” 。氮原子摻入碳納
米管的晶格，會改變電子結構，引入額外的能級。這些能級可能會成為能量耗散的通
道，也可能乾擾富勒烯和碳量子點之間的能
量傳遞。
他需要的是“乾淨”的碳奈米管——完美的、
未摻雜的、冇有任何缺陷的碳奈米管。隻有
這樣，他才能精確地控製每一個連線位點，
精確地調控能量傳遞路徑。
但乾淨的碳奈米管有一個問題：怕氧化。
這個問題，他可以用手套箱解決。在惰性氣
體保護下製備樣品，碳奈米管就不會被氧
化。他之前冇有手套箱，隻能用氮摻雜來湊
合。現在，他有了。
他開啟手套箱，把高純度的(7,6)手性碳奈米
管放進去。氮氣充滿整個操作箱，氧氣濃度
被控製在 0.1ppm 以下。
“這纔是做分子機器該有的環境， ”他對自己
說。
問題是，碳奈米管和富勒烯都是疏水的——
它們不喜歡水，也不喜歡彼此。把它們放在
一起，它們會像油和水一樣分離。他需要找到一種方法，讓這些“零件”願意待在一起，
並且能傳遞能量。
實驗 1：碳奈米管的分散
碳奈米管是出了名的難分散。它們像一根根
極細的頭髮絲，表麵冇有任何“抓手” ，會緊
緊纏繞在一起，形成 bundles。如果不把它
們分開，富勒烯和碳量子點就冇辦法連線到
上麵。
海寧試了三種方法：
方法一：超聲分散。他把碳奈米管放在溶劑
裡，用超聲波打散。這個方法簡單粗暴，但
有一個問題：超聲波的功率太大，會把碳納
米管打斷。打斷的碳奈米管長度變短，電子
結構改變，效能大打折扣。
他試了不同的超聲功率和時間。10 分鐘，碳
奈米管還是纏在一起的。30 分鐘，散開了一
些，但長度從原來的 1 微米變成了 200 奈米。
1 小時，完全散開了，但長度隻有 50 奈米
——太短了，已經失去了碳奈米管特有的性
質。他花了三天時間，試了二十多個條件。最後
找到一個“甜點” ：15 分鐘，中等功率。碳納
米管大部分散開了，長度還能保持在 500 納
米左右。
但這個方法有一個問題：重複性差。同樣的
條件，今天做和明天做，結果不一樣。他不
知道為什麼。
方法二：表麵活性劑輔助。他加了一種叫十
二烷基硫酸鈉的表麵活性劑，像洗潔精一樣
包裹在碳奈米管表麵，讓它們互相排斥、自
然分散。這個方法效果好，碳奈米管可以保
持原來的長度。但有一個新問題：表麵活性
劑會一直“粘”在碳奈米管上，很難洗掉。而
這些“洗不掉”的表麵活性劑，會阻礙後續的
化學連線。
他試了三種不同的表麵活性劑、五種不同的
洗滌方法。透析、離心、過濾、沉澱、再離
心。每一輪洗滌需要兩天時間。他洗了四輪，
用拉曼光譜檢測，表麵活性劑的訊號還在。
他給師弟發訊息： “十二烷基硫酸鈉洗不掉怎
麼辦？”師弟回： “師兄，你試試用有機溶劑萃取。 ”
他試了。還是洗不掉。
方法三：共價修飾。他直接在碳奈米管上連
接一種親水的分子，讓它自己變得“喜歡水” 。
這個方法最乾淨，但步驟最多、最慢。合成
分子的過程需要三天，連線到碳奈米管上又
需要兩天，純化需要一天。
一週才能做一批樣品。
他選擇了方法三。雖然慢，但可控。慢就慢
吧，他冇有彆的選擇。
兩週後，他有了第一批分散良好的碳奈米
管。它們在溶劑中均勻分散，像一根根獨立
的絲線。他用原子力顯微鏡看了一眼，長度
在 500 奈米到 1 微米之間，冇有被打斷。
他把圖片存下來，在實驗記錄本上寫了一行
字： “碳奈米管骨架，搞定。耗時：14 天。
失敗次數：37 次。 ”
實驗 2：富勒烯的連線富勒烯是碳的零維同素異形體，最著名的是
碳六十——60 個碳原子組成一個足球狀的
分子。它的獨特之處在於：電子親和力極高，
可以快速接收光能。
海寧要做的，是把富勒烯“焊”到碳奈米管上。
他選了一種叫碳七十的富勒烯——比碳六
十大一點，吸收光譜更寬，能捕捉更多顏色
的光。
第一次嘗試：直接連線。他把碳七十和碳納
米管放在一起，加入催化劑，加熱。反應結
束後，他用離心分離產物，用拉曼光譜檢測。
結果發現：碳七十確實連上去了，但連線密
度很低——每100奈米的碳奈米管上隻有兩
三個碳七十分子。太少了。光捕獲效率不夠。
他調整反應條件：溫度、時間、催化劑濃度、
溶劑。試了三十多個條件，連線密度從 2 個
/100 奈米提高到了 5 個/100 奈米。還是不
夠。
他查文獻，發現有一個方法：先在碳七十上
連線一個“連線臂” ，再用這個連線臂和碳奈米管反應。這個連線臂像一箇中間人，一頭
牽著碳七十，一頭牽著碳奈米管。
他花了一週時間合成了這個連線臂，然後連
接到碳七十上。再和碳奈米管反應。
結果出來的時候，他愣住了。連線密度
——50 個/100 奈米。提高了十倍。
他把資料看了三遍，確認不是計算錯誤。然
後在實驗記錄本上寫了一行字： “碳七十連線
密度：50 個/100 奈米。方法：連線臂輔助。
耗時：7 天。失敗次數：18 次。 ”
但他冇有高興太久。因為下一個問題接踵而
至。
實驗 3：碳量子點的連線
碳量子點是碳的零維奈米顆粒，尺寸在 2-10
奈米之間。它的獨特之處在於：可以發出明
亮的熒光，而且發光波長可以通過尺寸調
控。
海寧用微波法自己合成了三種不同尺寸的
碳量子點——發藍光、綠光、紅光。合成本身不難，但把碳量子點“焊”到碳奈米管的另
一端，和碳七十不打架，這就難了。
他需要在碳奈米管上“定位”連線——一頭連
碳七十，另一頭連碳量子點。如果碳七十和
碳量子點連在同一個位置，能量傳遞路徑會
亂掉。
他的方案是：先在碳奈米管上“標記”兩端。
碳奈米管的兩端比側壁更活潑，更容易發生
化學反應。他利用這個性質，在兩端選擇性
地連線不同的連線臂——一端連線碳七十
的連線臂，另一端連線碳量子點的連線臂。
說起來簡單，做起來難。
他花了三天時間，合成了兩種不同的連線臂
——一種帶正電，一種帶負電。正電連線臂
連線碳七十，負電連線臂連線碳量子點。然
後把碳奈米管放進去，讓兩端的反應“各找各
的” 。
第一次實驗，結果慘不忍睹。拉曼光譜顯示，
碳七十和碳量子點都連在碳奈米管的同一
端，另一端什麼都冇有。他用顯微鏡看，碳奈米管像一根棍子，一頭掛滿了“果子” ，另
一頭光禿禿的。
他調整反應順序：先連碳七十，然後把冇有
反應的末端“保護”起來，再連碳量子點。這
個“保護”步驟需要一種特殊的化學試劑，他
花了一週時間才合成出來。
第二次實驗，結果好了很多。拉曼光譜顯示，
碳七十和碳量子點分彆連在碳奈米管的兩
端。他用原子力顯微鏡看了一眼，碳奈米管
的兩端確實有“鼓包”——一端是碳七十，一
端是碳量子點。
他把圖片放大，盯著看了很久。那根碳奈米
管，像一根極細的繩子，兩頭繫著兩個不同
的“鈴鐺” 。
他在實驗記錄本上寫了一行字： “碳基分子機
器骨架，完成。耗時：21 天。失敗次數：43
次。 ”
然後他合上本子，趴在實驗台上睡著了。
第二天早上，他被鬧鐘叫醒，發現自己的臉
壓在實驗記錄本上，墨水蹭了一臉。他對著手機的前置攝像頭看了看自己——黑眼圈，
油光，臉上兩道藍色的墨痕。
他想起師弟說的話： “師兄，你這兒比我們學
校的實驗室還乾淨。 ”
現在，他的臉不乾淨了。