提到“碳”这个名词的时候，你首先想到的是什么？是不小心粘在手上洗不掉的黑色粉末？是小学生常用的铅笔里滑滑的石墨笔芯？还是女士颈上闪闪发光的钻石？实际上，碳的世界远比这些更丰富多彩。如今，人们对世界的认识已经达到了一个更为瞩目的新层次——纳米尺度。在碳的纳米世界里，有两个新的家族成员——富勒烯和碳纳米管，它们是除无定型碳、石墨和金刚石外新的碳的同素异形体，已经引起科学家广泛的兴趣。
1985年发现的富勒烯是由碳原子组成的笼状分子化合物，是典型的零维纳米结构，其中最有代表性的当首推C60。它是由60个碳原子组成的、含有12个五边形和20个六边形的32面体，和足球的形状完全相同，因此，富勒烯也叫“足球烯”。C60的发现为人们开辟了一个崭新的研究领域，在全球范围内掀起了一场罕见的“碳足球”热。科学家们对这个小小的纳米足球的狂热程度，绝不比风靡全球的世界杯逊色。为了纳米世界的“大力神杯”，科学家们辗转反侧，为每一场胜利而欢呼，为每一次失败而落泪。美国科学家Curl和Smalley教授及英国科学家 Kroto教授也因为富勒烯的发现获得了1996年度的诺贝尔化学奖，那曾是纳米足球的盛典。
碳纳米管是1991年日本的科学家饭岛教授在高分辨透射电子显微镜下发现的。和富勒烯不同的是，完美的碳纳米管是由碳原子的六边形组成的管状结构，类似于单个或多个石墨层卷曲而成（单壁碳纳米管或多壁碳纳米管），而只在管子的两端由五边形提供一定的曲率而闭合。碳管的发现被世界权威杂志《科学》（Science）评为1997年度人类十大科学发现之一，更重要的是，使各种一维纳米结构进入人们的视野。
历时十几年，人们对富勒烯和碳纳米管的认识已经实现了飞跃，在这个全新的碳纳米世界里，自然界最普通的、经常以一袭素衣出现的碳元素，呈现出多姿多彩的一面。
很难想象你印象中漆黑的碳所形成的纳米碳笼是五颜六色的吧？它们的溶液颜色可以依碳笼大小而改变：60个碳原子形成的碳笼（C60）是紫色的，70个碳原子形成的碳笼（C70）变成暗红色，而由80个碳形成的碳笼（C80）则是绿色的……在碳笼的空腔内包入金属原子形成的金属富勒烯溶液也同样异彩纷呈，包入金属钐的富勒烯是桔红色的（Sm@C82），包入金属钆的富勒烯是棕色的（Gd@C82），而包入金属铕的富勒烯发出绿宝石一样的光芒（Eu2@C92）......不仅如此，由碳元素组成的纳米管还拥有荧光等新的光学性质。
富勒烯和碳纳米管的魅力不仅在于它完美的结构，华丽的色彩，还在于它的多种多样的物理化学性质，以及由此而带来的广阔的应用前景。
由于富勒烯和金属富勒烯独特的分子结构赋予它特殊的物理化学性质，人们预期它们将在生物体系、功能材料、催化剂等许多领域大放异彩，而最有可能实现的是金属富勒烯在医学领域的应用。例如金属富勒烯可以成为新一代的核磁成像造影剂。与现在临床上用的造影剂相比，在同样的剂量等实验条件下，可以呈现更清晰的图像。另外金属富勒烯还有可能成为高效低毒的抗肿瘤药物，与临床上常用的顺铂或环磷酰胺比较，达到同样的肿瘤抑制率，用量只是它们的1/5～1/60，而且没有任何毒副作用。中科院高能物理所的这一研究成果使富勒烯有望成为众多抗癌药物中一颗明星。
碳纳米管的性质和应用同样独领风骚。由于良好的机械特性、电学和力学等性能, 碳纳米管在复合材料、纳米电子元件、化学生物传感器等方面成为另一种很有前途的纳米材料。例如，中科院物理所合成的挑战理论极限的世界上最细的纳米管（管径0.5纳米）在5K（零下268.15℃）时就有超导特性。在生物医学领域，将生物分子如DNA连接到管子上可以做生物传感器或起到运输、传递药物的作用。金属富勒烯和碳纳米管的完美结合—纳米豌豆荚（peapod）使半导体型纳米管分割成多个量子点，这种材料可以用于纳米电子或纳米光电子器件。
在中国，很多科学家在碳纳米领域都做出了卓越的成绩，这些醉心于碳纳米世界的人，既是科学家，又是艺术家，还是魔术师，不仅让我们从一个全新的角度认识世界，而且为我们创造一个五彩缤纷的新天地。
富勒烯和碳纳米管已对化学、物理和材料科学产生了深远的影响，随着研究的不断深入，全新的碳纳米世界预计将给人类带来巨大的财富。
