石墨烯被譽(yù)為“神奇材料”，具有廣闊的應(yīng)用前景，科學(xué)家甚至預(yù)言其將“徹底改變21世紀(jì)”。
“10年前，人們都想象不到石墨烯有什么作用。但現(xiàn)在已經(jīng)有很多石墨烯產(chǎn)品出現(xiàn)了，在電池、汽車輪胎、復(fù)合材料等領(lǐng)域。我們應(yīng)該認(rèn)識到，石墨烯是下一個(gè)世紀(jì)甚至未來幾個(gè)世紀(jì)都會(huì)持續(xù)發(fā)揮重要作用的材料。”安德烈·蓋姆認(rèn)為，中國應(yīng)在石墨烯領(lǐng)域投入更多資金進(jìn)行研究和產(chǎn)業(yè)化。
安德烈·蓋姆為國際知名碳材料科學(xué)家、2004年因與諾沃肖洛夫合作發(fā)現(xiàn)二維材料石墨烯，是2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者、在2017年新當(dāng)選中國科學(xué)院外籍院士。
安德烈·海姆 講述石墨烯的發(fā)現(xiàn)過程
同時(shí)獲得“諾貝爾獎(jiǎng)”和“搞笑諾貝爾獎(jiǎng)”的人
獲得這兩個(gè)獎(jiǎng)，之間隔了10年。
安德烈·海姆介紹，20世紀(jì)90年代的某一個(gè)星期五的晚上，我把水倒進(jìn)了我們實(shí)驗(yàn)室一臺能產(chǎn)生巨大磁場的儀器，令我驚訝的是，水并沒有從強(qiáng)磁鐵中流出來，而是形成了一個(gè)水球，并懸浮在空中!往一臺精密而昂貴的實(shí)驗(yàn)儀器里潑水，顯然是個(gè)驚世駭俗的舉動(dòng)，現(xiàn)在我也記不起來當(dāng)時(shí)我為什么會(huì)這樣做。但“魯莽”也有好處，就是從未有人做過。
這個(gè)現(xiàn)象背后就是水逆磁性。許多同事，包括那些一輩子與強(qiáng)磁場打交道的研究員，看到這個(gè)現(xiàn)象時(shí)都目瞪口呆，甚至還有一些人認(rèn)為這是一個(gè)惡作劇。為了找到一個(gè)更好的演示方式，我干脆將一只青蛙放進(jìn)了強(qiáng)磁場，它也懸浮了起來。懸浮的青蛙引起很多關(guān)注，甚至進(jìn)入了許多物理教科書。直到現(xiàn)在，還會(huì)有人攔住我說：“嗨!我不知道石墨烯，但是我愛死你的青蛙了!”也因?yàn)檫@個(gè)青蛙，2000年，搞笑諾貝爾獎(jiǎng)決定授獎(jiǎng)給我們。
這一研究的意義是什么?
安德烈·海姆說，我還記得一封十幾年前收到的信，原話是，“海姆先生，您好。我對那只懸浮的青蛙很感興趣，您能給我寄來一些相關(guān)的信息嗎?我今年9歲，我想成為一名科學(xué)家。”我想，不用我多說，這封來信可以證明，做這些實(shí)驗(yàn)并沒有浪費(fèi)我的時(shí)間。
這也啟發(fā)我，去探求那些與自己研究領(lǐng)域相去甚遠(yuǎn)的方向，有可能會(huì)產(chǎn)生意想不到的結(jié)果。我的研究風(fēng)格也隨之改變，開始做一些不合常規(guī)的實(shí)驗(yàn)嘗試，稱它們?yōu)?/span>“星期五晚的實(shí)驗(yàn)”或者叫“隨機(jī)領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)”。因?yàn)槲蚁嘈乓稽c(diǎn)——“犯錯(cuò)總比無聊好”。
讓我獲得諾貝爾獎(jiǎng)的發(fā)現(xiàn)——石墨烯，就是這類實(shí)驗(yàn)的一個(gè)結(jié)果，你說它的意義是否重要?
不可思議，石墨烯是用膠帶粘下來的
石墨烯被認(rèn)為是21世紀(jì)最重要的新材料。但聽聞發(fā)現(xiàn)石墨烯是用膠帶粘下來的，簡單得不可思議。
安德烈·海姆說，的確是用膠帶粘的。我從來沒有研究過碳材料或者石墨，毫不夸張地說，我們從垃圾桶里撿出來別人用過的粘過石墨的膠帶，把它放到顯微鏡下，發(fā)現(xiàn)殘留在膠帶上的石墨殘片，有些竟然是透明的。
隨后，檢測出石墨烯驚人的物理特性，比如，是目前為止發(fā)現(xiàn)的最薄、最堅(jiān)硬的材料，具有非常高的熱傳導(dǎo)性和電傳導(dǎo)性。這時(shí)，我們才明白這一發(fā)現(xiàn)的重要性。過去研究者都用膠帶清理手中石墨樣本表面，用過的膠帶隨手就扔進(jìn)垃圾桶里，沒意識到扔掉了諾獎(jiǎng)。往往是在某一個(gè)已有的礦藏里挖掘得太深了，留下大量未被探尋過的寶藏就埋藏在淺淺的地表下，只要稍微往旁邊一試探就會(huì)發(fā)現(xiàn)它。
石墨烯產(chǎn)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域臨近還是爆發(fā)
從發(fā)現(xiàn)石墨烯到今年已經(jīng)有13年了。有人說，石墨烯產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)點(diǎn)已經(jīng)臨近。
安德烈·海姆說，不是臨近，石墨烯產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)正在發(fā)生。兩三年前，企業(yè)主要從事石墨烯的批量化生產(chǎn)。過去一年或者一年半，含有石墨烯的產(chǎn)品開始出現(xiàn)在市場上，比如電池，添加石墨烯可提升性能2%或者3%，而每塊電池的成本僅提升1元。再比如，微量添加石墨烯的塑料，可以減少對空氣的污染。這些產(chǎn)品已經(jīng)擺上了貨架，還有成百上千的產(chǎn)品正在醞釀。
如何促進(jìn)石墨烯更長遠(yuǎn)的研究和發(fā)展。應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出石墨烯在商業(yè)化上的潛力。我甚至更傾向于認(rèn)為石墨烯產(chǎn)業(yè)的爆點(diǎn)，已經(jīng)是一年以前的事情了。
就我了解，去年已有至少兩家成規(guī)模的公司開始盈利。對于一項(xiàng)新技術(shù)來說，這是產(chǎn)業(yè)化的重要標(biāo)志，意味著這個(gè)新材料的成本不斷下降，性能和應(yīng)用不斷提升，一升一降之間達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)，就開始被市場接受了。
應(yīng)用技術(shù)的研究，需要的不是幾克，而是成噸的石墨烯。大規(guī)模制備，為更多企業(yè)利用石墨烯帶來可能性。
整體上石墨烯還處在初級應(yīng)用階段，作為添加劑的應(yīng)用前景還遠(yuǎn)遠(yuǎn)未被探明，作為關(guān)鍵主材的應(yīng)用幾乎還處在空白。高端的定制化石墨烯生產(chǎn)離市場需求還差得遠(yuǎn)。
政府對革命性新材料支持希望成為“爆點(diǎn)”
安德烈·海姆認(rèn)為，我覺得輪胎是近期一個(gè)比較可期待的應(yīng)用領(lǐng)域。我和青島一家企業(yè)也在合作石墨烯輪胎的研究，發(fā)現(xiàn)往輪胎里添加少量的石墨烯，力學(xué)指標(biāo)可能變化不大，但熱傳導(dǎo)性更強(qiáng)，輪胎發(fā)熱下降，脫落的橡膠就更少，這就增加了輪胎的壽命。我們在實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)可以增加2-3倍，非?？捎^。
石墨烯的科研和產(chǎn)業(yè)化，以前所未有的速度在中國發(fā)生著，政府的推動(dòng)起到很大作用。
安德烈·海姆表示，我想說的是，石墨烯的科研、產(chǎn)業(yè)化等重要活動(dòng)，在以前所未有的速度在中國發(fā)生著。
5年前，我每年要去美國2-3次，因?yàn)楫?dāng)時(shí)全世界的石墨烯活動(dòng)幾乎都在美國進(jìn)行?，F(xiàn)在，我已記不起來上次去美國是什么時(shí)候了。每年來中國3次，在北京、沈陽、南京和幾個(gè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行科研合作。希望未來可以和四川的電子科大進(jìn)行合作。
我更傾向于幫助那些應(yīng)用石墨烯的企業(yè)。我無法預(yù)測石墨烯能在哪些領(lǐng)域應(yīng)用，因?yàn)橛刑嗟念I(lǐng)域還未經(jīng)嘗試和驗(yàn)證，但我可以告訴他們，應(yīng)用方向是否可行。
據(jù)我了解，中國中央政府支持石墨烯產(chǎn)業(yè)已有3年左右了。山東、江蘇、湖北，都投入了很多錢在這個(gè)產(chǎn)業(yè)上，但是像其他任何投資一樣，你永遠(yuǎn)也不知道，這些投資是否真的物有所值。
5年前，沒有人想過把石墨烯產(chǎn)業(yè)化，那時(shí)石墨烯處于純實(shí)驗(yàn)室研究階段。3年前，人們開始批量生產(chǎn)石墨烯，即使他們并不知道可以怎么應(yīng)用。很快，以噸計(jì)的生產(chǎn)石墨烯的企業(yè)開始出現(xiàn)。電子科大的李雪松教授，研究出以平方米計(jì)的生產(chǎn)石墨烯薄膜的技術(shù)，他絕對是這個(gè)領(lǐng)域的先鋒。
2017年12月4日，深圳蓋姆石墨烯研究中心在清華大學(xué)深圳研究生院新能源與環(huán)境大樓揭牌成立。該中心由2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者、石墨烯發(fā)現(xiàn)者安德烈·蓋姆擔(dān)當(dāng)主任。主要目標(biāo)是攻克以石墨烯為代表的二維材料在基礎(chǔ)前沿科學(xué)研究和高端產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化過程中面臨的關(guān)鍵難題，發(fā)展成為集新型二維材料及器件研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)化制定、產(chǎn)業(yè)化檢測等國際頂尖的多功能研究平臺。
參與石墨烯作為“超級材料”，代表全人類的利益，我要謝謝中國政府做了這些。
中國科學(xué)院外籍院士人物名片：安德烈·海姆(Andre Geim)
英國曼徹斯特大學(xué)物理與天文學(xué)院教授。1958年10月出生于俄羅斯索契，擁有英國、荷蘭雙重國籍。1987年在俄羅斯獲得博士學(xué)位，后在英國、丹麥繼續(xù)研究工作。1994年，任荷蘭奈梅亨大學(xué)副教授，并與康斯坦丁·諾沃肖洛夫首度合作。2001年，任曼徹斯特大學(xué)物理教授。2004年，與諾沃肖洛夫合作發(fā)現(xiàn)二維材料石墨烯，兩人因此共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。獲得諾獎(jiǎng)后，海姆又獲得了荷蘭和英國冊封的騎士頭銜。
海姆先后發(fā)表了超過250篇文章，很多都發(fā)表在自然、科學(xué)等頂級雜志上。
