Wednesday, April 16, 2025

晶格密碼:體心立方十五立方烷的串珠宇宙

晶格密碼:體心立方十五立方烷的串珠宇宙 | 科學與工藝的巔峰對話

作者:(Bih-Yaw Jin)|國立臺灣大學化學系教授

媒材:木製串珠(共268顆)

尺寸:21.0 × 21.0 × 21.0 cm

創作年份:2024年

以268顆木珠構建的沸石ACO結構氧離子堆積模型

當立方烷遇見沸石礦物

這件精密的串珠雕塑,實為沸石結構ACO的氧離子堆積模型。藝術家巧妙運用:

  • 15個立方單元:既可視為立方烷(C8H8)分子,也對應沸石中的D4R結構單元(雙四元環)
  • 體心立方晶格:重現自然界礦物的原子排列智慧
  • 268顆木珠:由4條13珠鏈與24條9珠鏈交叉互鎖組裝

▌ 結構解密:微觀世界的巨觀再現

這個模型精準對應沸石ACO的晶體結構特徵:

化學結構 串珠再現方式
氧離子堆積位置 木珠空間坐標
D4R單元(Si/Al-O鍵) 立方體珠鏈框架
體心立方對稱性(Im3m空間群) 21cm立方體的嚴格幾何約束

沸石ACO的X射線晶體結構

串珠模型的拓撲等效結構

串珠工藝的極限挑戰

這件作品突破了三項技術門檻:

  1. 多尺度組裝:需同時處理:
    • 微觀:單個D4R單元的8珠立方體
    • 宏觀:整體21公分的剛性結構
  2. 張力平衡:24條9珠鏈的預應力計算,防止結構扭曲
  3. 可逆組裝:所有連接點皆符合「魯班鎖」原理,無需黏著劑

這件作品將於2025 Bridges Exhibition of Mathematical Art, Craft, and Design展覽展出,現場提供互動模型讓觀眾體驗晶體組裝。

背後的科學詩意

當我們凝視這268顆木珠構成的完美立方體,實際上看見的是:

  • 石化工業中催化裂解的關鍵材料
  • 自然界百萬年礦物生長的幾何密碼
  • 藝術家對「看得見的化學」的終極追求

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