現在世界上公認最貴的材料是反物質，它的生產成本每克超過60億美元，但是反物質目前沒有辦法儲存它，它也並沒有在交易市場上真正成交過。

目前已成交的最貴物質其實是一種內嵌富勒烯，它在2015年的時候，以33400美元200微克的價格完成了第一次成交，摺合下來差不多就是每克1.67億美元，遠遠超過其它任何材料的成交價格。

但是讓人意外的是，目前全世界只有一家實驗室在生產它。

那麼問題就來了，既然這東西這麼值錢，爲啥沒什麼人去生產呢？還有這種內嵌富勒烯到底是怎麼回事，它又有何用途讓它能夠如此值錢？

內嵌富勒烯到底是什麼？

很多人可能從“烯”字就已經知道它和碳有關係，事實也是如此，富勒烯就是一種碳的同素異形體，而“內嵌“則表示的是這個同素異形體內部還存在一些原子或者分子。

碳是目前已知最“通用的”元素，它允許碳原子以各種各樣不同形式排列，然後形成各種同素異形體。

我們常見的比如有鑽石——這可能是最受歡迎的碳同素異形體，其碳原子以晶格形式存在，然後碳分子以四面體角鍵合，形成非常牢固的結構。

再比如石墨，這是最常用的碳同素異形體，常見於鉛筆芯，其碳原子以片狀或層狀六邊形鑲嵌堆疊並粘合在一起的形式存在。

圖：石墨烯的結構

另外比較出名的還有石墨烯——碳原子以單片石墨的形式存在，我們今天的主角富勒烯正是來自於石墨烯。

但與石墨烯不同的是，富勒烯是將單片碳原子形式轉變成了一個“球狀”，每個分子由60個碳原子組成，而這60個原子組成了20個六邊形，以及在六邊形中散佈着12個5邊形。

圖：富勒烯的結構

不知道你看到富勒烯的結構想到了什麼，總之它的命名是按照測地圓頂的推廣者巴克明斯特·富勒（Buckminster Fuller）的名字命名的。

富勒烯的內部是空的，所以就有了內嵌的概念，簡單地說就是往裏面填入其它原子或者分子等更小的微粒，這樣就變成了內嵌富勒烯。

內嵌富勒烯分子幾乎違反了化學鍵合的普通定律，因爲內部的原子或者分子與富勒烯的關係就像是容器和容物的關係，不存在化學鍵合。

在所有內嵌富勒烯中，最特別的是 N@C60（xx@C60就是表示內嵌富勒烯的，@表示xx在富勒烯內部，N@C60就是指富勒烯內部是1個氮原子），我們前面說到的最貴成交材料正是這個。

內嵌富勒烯其實很早就出現了，但是最初它內嵌的基本都是非常惰性的物質——比如氦、氖等，內嵌一個像氮原子這樣“活潑”的還是剛剛出現的。

事實證明，由於氮電子擁有較長自旋壽命，它是製造精確原子鐘的關鍵，而N@C60可能成爲未來原子鐘的關鍵材料。

一種可以融入芯片的原子鐘

與時鐘的鐘擺或手錶的機械裝置不同，原子不會出現製造錯誤或磨損，而且只要在與環境適當隔離的情況下，它們的共振頻率完全由物理定律設定，所以以此爲基礎的原子鐘是目前最精準的計時裝置。

原子鐘

但是，這裏適當隔離基本是要真空，這意味着原子鐘往往非常巨大——一個房子那麼大，即便是商用的也要達到一個手提箱那麼大。

而許多需要精準覈對時間的應用場景，常常難以塞下這麼大一個設備，比如我們的手機，而N@C60的出現正好可以解決這個痛點。

因爲氮原子完全漂浮在富勒烯內部，這就像一個原子鐘的真空環境一樣，保持了氮原子的特性，讓其可以自由共振，就像是原子鐘表現的那樣，而實際它的體積卻很小，甚至可以融入芯片。

微型原子鐘現在最廣泛的應用場景就是無人駕駛設備的定位，這個行業對誤差非常敏感，所以非常需要原子鐘的精準度。

就拿無人駕駛來說，目前普通 GPS 導航的精度在幾米以內，因此要正確跟蹤和控制車輛可能會很棘手，而微型原子鐘可以直接融入到設備中，在不影響現有汽車的設計模型情況下，卻可以獲得低至 1 毫米左右的精度分辨率。

最後，很多人可能會好奇，這樣一個具有未來前景的材料，而且它還賣得那麼貴，爲什麼目前只有一個實驗室在生產它呢？

其實，現在已知有幾種方法可以合成N@C60，這不是什麼祕密，有許多文獻都寫的很清楚，但是所有這些方法都需要極端條件，難以生產。

這是因爲推動氮原子通過碳籠在熱力學上是非常不利的，我看到這個團隊在回覆採訪的時候是這樣形容的：在化學上要把氮推入富勒烯等同於將水推上山。

不僅難以生產，而且生產過程中失敗的概率遠高於成功，這意味着需要提純，而提純的難度也異常大。

現在唯一生產N@C60的團隊是牛津的Designer Carbon Materials，他們在牛津大學的實驗室內完成製造。

製造過程很透明，他們將富勒烯在真空室中蒸發，製造一個 C60 薄膜，然後讓氮離子噴射到薄膜表面。

在這個過程中，其中一些氮離子就會被捕獲並進入C60薄膜中，形成所需的N@C60分子，但是效率非常低——每得到一個 N@C60 分子都將消耗大約10000個C60分子（氮原子停留在其表面）。

而要讓這一個N@C60分子從10000個無氮 C60 分子中提取出來非常困難，因爲C60和 N@C60的化學性質幾乎相同，目前主要是通過一種被稱爲高壓液相色譜的技術將兩者分離。

總得來說，生產N@C60是非常困難的，它的實際成本非常高，這是它貴的原因所在，而不是因爲它的用途有多大。

其實，我們從N@C60最初的成交是用於研究，而不是商用，也能知道它其實是因爲成本高才賣得很貴的，不會有太多利潤空間。

因爲你賣太貴，很難吸引別人買去研究，別人不去研究，你就沒有商用的機會。

電子顯微鏡的富勒烯©Ludvig14

不僅利潤空間有限，而且現在N@C60作爲原子鐘也沒有得到更大的應用，只是處在研發階段，還有一些問題需要解決。

換句話說就是市場到底會是什麼反饋並不是很清楚，所以沒人去做是正常的。

另外，這東西的成本貴有一方面自然是它前期的投入會很高，很少有人願意會爲一個未知的領域投入太多。

但是，只要這東西真的有市場，立馬就會有很多資金流入去研究它，到時候價格被打下來是肯定的。