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坚不可摧的碳材料
GRAPHITE

我小时候第一次上美术课时，老师巴灵顿先生告诉我们，眼睛所见的东西都是由原子组成的。所有东西。只要明白这一点，就踏出了成为艺术家的第一步。教室里鸦雀无声。他问我们有没有问题，但所有人都愣住了，怀疑自己是不是走错了教室。巴灵顿先生继续讲他的美术概论，他在墙上贴了一张纸，拿起铅笔在纸上画了一个正圆。同学们开始兴奋起来，同时松了一口气。我们应该没有走错教室。

巴灵顿先生说：“我把原子从铅笔转到了纸上。”说完开始大谈石墨炭笔多么适合当成艺术表现的工具。“重点是，”他说，“虽然我们的文化推崇钻石为最高阶的碳，其实它根本无法做出深刻的表现。钻石跟石墨不同，钻石从来不曾创造出好的艺术。”我不难想象他对艺术家达米恩•赫斯特价值五千万英镑的镶钻骷髅头作品“献给上帝之爱”会给出什么评价。

不过，巴灵顿先生认为钻石和石墨这两种碳是彼此为敌的，这可是一点也没错。一边是漆黑、实用又适合表达的石墨，一边是崇高、冰冷、坚硬而闪耀的钻石，双方从远古一直缠斗至今。就文化价值而言，钻石长期霸占赢家宝座，但局势可能就要改变。我们对石墨的内部构造有了新的理解，使它成了令人惊叹的事物。

就在美术老师让我接触到石墨的三十年后，我来到曼彻斯特大学物理系三楼一间以日光灯照明的办公室，跟全球顶尖的碳专家海姆（Andre Geim）教授见了面。我真希望他和巴灵顿先生一样，只用石墨当表达工具。可惜他拉开书桌抽屉时，里面满满的都是圆珠笔和马克笔。海姆讲话带着浓浓的俄国口音，他对我说：“正圆是不存在的，米奥多尼克。”我突然不晓得他有没有听懂刚才那段往事的重点。接着他从抽屉拿出一个红色皮制展示匣说，“你看一下，我去冲咖啡。”

展示匣里是一枚饼干大小的纯金金牌，上头刻着某个男人的浮雕像。我把金牌拿在手里掂了掂，发现它的金属感很重。纯金是金属世界里的全脂奶油，我没想到色泽这么晦暗，把我吓了一跳。金牌上的浮雕像是诺贝尔，还有一行小字叙述海姆的研究团队赢得了2010年的诺贝尔物理学奖，表彰他在石墨烯研究上做出的重大突破。石墨烯是一种二维石墨，也是材料世界的惊奇之作。我一边等海姆拿咖啡回来，一边沉思他刚才的奇怪答复。难道他是在暗示过去10年的碳研究让他兜了一大圈，结果却没回到原点？

碳是轻量原子，质子数为6，碳原子核内通常有六个中子，有时为八个，但这种名为碳-14的碳原子，原子核极不稳定，会因放射性衰变而裂解。由于衰变率长时间恒定，加上许多物质都含有碳-14，因此测量物质内的碳-14含量就能推算该物质的年龄。这种科学方法称为碳定年法，比其他方法更能帮助我们掌握远古事件。巨石阵、都灵裹尸布和死海古卷都是靠碳-14确定年代的。

撇开放射性不谈，对碳而言，原子核的重要性不大。就碳的其他性质和表现来看，环绕和屏障碳原子核的六个电子才是关键。其中两个电子位于接近原子核的内层，对碳原子的化学性质毫无影响，也就是跟碳和其他元素的反应无关。剩下的四个电子位于最外层，性质活跃。就是这四个电子，让铅笔的石墨笔芯和订婚戒指的钻石大不相同。