奈米世界的構築藝術──凸三角多面體與結構無機化學的串珠桁架模型

人類在面臨各種不同問題，常透過模型的建構，幫助他們認識所面臨問題，並提供可能的解決方法，因此模型的建構是教育訓練與科學工程研究的過程中，不可或缺的一部分。模型的種類繁多，粗略地可以分為數學模型、觀念模型、虛擬模型與實體模型等幾個大類。過去本文作者有系統地探索數學串在芙類分子、石墨烯體系、以及各種四配位沸石結構的應用，均以圓形珠子（簡稱為球珠或是圓珠）作為模型的基本建構單元，並且闡釋了這種圓珠串珠模型所代表的微觀意義，即串珠模型是一種硬球殼疏堆積模型（hard-sphere loose packing models）。根據體系的不同，每一個珠子對應到微觀的某一個實體構建單元：在芙類分子的情形，圓珠代表價電子對；在沸石結構的情形，圓珠則代表體積較大的陰離子；在晶籠氣體水合物，圓珠則表示聯繫兩個氧原子的氫鍵。這種圓珠串珠模型一定程度地模擬了奈米結構的實際電子雲分布。進行一個奈米結構的串珠模型建構，就像是在進行一個類比計算，計算出來的結果是所對應體系在三度空間的近似電子雲分布。當然，適當地運用珠子的材質與顏色，還可將奈米世界構築之美，以巨觀的串珠雕塑的形式呈現出來。