2011年10月6日 星期四

發現準晶 以國學者膺化學獎

【摘要10.6.2011蘋果】70歲以色列科學家謝茲曼,因為發現原本被認為不可能存在的「準晶」(quasicrystals)結構,徹底顛覆科學界對固體材料的看法,昨天成了今年諾貝爾化學獎唯一得主,可獨得1000萬瑞典克朗(約4400萬元台幣)獎金。
過去因提出「準晶」這個離經叛道的觀念而吃足苦頭的謝茲曼(Daniel Shechtman),昨在以色列召開記者會發表得獎感言:「今天對我個人而言是很棒的一天,對科學界也一樣。現在有數以千計的科學家正在研究我打開的準晶領域,我相信他們也都把這座諾貝爾獎視為自己的成就。」
過去科學家把固體材料分兩大類,是原子規則排列的「晶體」,如鑽石和石英,另一類是原子混亂排列的「非晶體」,如玻璃。據德國科學家歸納的晶體平移週期性,晶體的原子排列只可能有2重、3重、4重和6重等4種對稱,但謝茲曼1982年卻在電子顯微鏡下,發現鋁錳合金的原子有5重對稱,原子排列結構相當規則,但卻又不像晶體那麼規律,這結構被稱為「準晶」
當他把這項在過去被視為不可能的發現告訴其他科學家,卻淪為笑柄,「我說我發現有5重對稱的材料時,大家都笑我。」最後終於得以在1984年發表在學術期刊,震驚科學界。但被有化學獎及和平獎兩座諾貝爾獎的美國化學家鮑林奚落:「別聽謝茲曼胡說八道,才沒有準晶這種東西,只有半吊子的準科學家。」
過去「準晶」都是實驗室的人工產物,2009年首度被發現存在大自然,俄羅斯一處河流的河水被人發現有天然準晶。準晶的用途不多,其緊密的原子結構導致其不易刮傷、斷裂或氧化,被用來製作刮鬍刀片、不沾鍋或不易斷裂的眼科手術用針;且因原子結構不規律,傳電導熱較慢,被用來作為隔熱材料
教授林水田昨表示,長期以來科學界認為物質結構只有晶體和非晶體兩種,前者是原子排列有周期性、次序的物質,如鐵、銅等,後者則是原子排列無周期性與次序的物質,如玻璃。直到今年諾貝爾化學獎得主謝茲曼發現原子排列有周期性、但無次序的類晶體,一舉推翻科學界對物質結構組成的觀念,得獎是實至名歸。
林水田說,過去科學界認知的物質結構不論是晶體或非晶體,都存在自然界中,謝茲曼則是在鋁、錳合金時發現一顆準晶體,因其結構完全超出過去科學界所認知的原子組成方式。事後證明,此一發現完全顛覆了物質結構組成的觀念。
國家同步輻射研究中心主任、清華大學物理系講座教授張石麟表示,「準晶體」是介於晶體與非晶體之間的類晶體,只有在金屬高溫混合時急速冷卻才會出現
林水田表示,目前有人將準晶體應用在強化金屬,讓它更耐磨、抗腐蝕、改變導電性質,也有日本學者將準晶體當作化學反應催化劑,但整體來說人類對準晶體了解仍十分有限,但準晶體的發現讓人類可以開發出更多新材料,影響層面極大。
2011諾貝爾化學獎得主
謝茲曼(Daniel Shechtman
年齡︰70歲(1941年生於特拉維夫)
國籍︰以色列
任職機構︰以色列理工學院
其他獲獎︰1999年拿下被視為諾貝爾風向球的以色列沃爾夫物理學獎

5年諾貝爾化學獎得主
2010 鈴木章、根岸英一(日本)與海克(美國):以鈀金屬為觸媒的有機偶合反應,幫助抗癌新藥研發及發現塑膠等革命性材料。
2009 拉瑪克里斯南、司戴茲(美國)與尤納斯(以色列):以X光結晶繞射學找出成千上萬組成核醣體的原子,並促成抗生素研發。
2008 下村脩(日本)、查菲(美國)與錢永健(華裔美籍):發現水母體內的綠色螢光蛋白質,應用於生物醫學領域。
2007 俄托(德國):以真空技術奠定表面化學研究程序,有助研究地球臭氧層何以變薄,燃料電池如何運作,鐵為何生鏽的原因。
2006 孔伯格(美國):找出基因轉錄過程機制。

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