在石墨烯隧道里前面有光 只需踩油门

本报记者独家专访了他。这位拥有英国、荷兰双重国籍的俄罗斯裔物理学家,用一口俄罗斯口音浓重的英语称赞四川在石墨烯薄膜等领域的进展,并表示了与电子科大等高校和机构开展合作的愿望。

本报记者独家专访“石墨烯之父”、诺贝尔物理学奖获得者安德烈·海姆——

人物名片:

安德烈·海姆(Andre Geim)

英国曼彻斯特大学物理与天文学院教授。1958年10月出生于俄罗斯索契,拥有英国、荷兰双重国籍。1987年在俄罗斯获得博士学位,后在英国、丹麦继续研究工作。1994年,任荷兰奈梅亨大学副教授,并与康斯坦丁·诺沃肖洛夫首度合作。2001年,任曼彻斯特大学物理教授。2004年,与诺沃肖洛夫合作发现二维材料石墨烯,两人因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。获得诺奖后,海姆又获得了荷兰和英国册封的骑士头衔。

海姆先后发表了超过250篇文章,很多都发表在自然、科学等顶级杂志上。

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近日,2010年诺贝尔物理学奖得主安德烈·海姆造访四川,参加电子科技大学校庆活动。这是安德烈·海姆第二次来四川。本报记者独家专访了他。这位拥有英国、荷兰双重国籍的俄罗斯裔物理学家,用一口俄罗斯口音浓重的英语称赞四川在石墨烯薄膜等领域的进展,并表示了与电子科大等高校和机构开展合作的愿望。

访谈结束时,海姆热情给本报读者留言,还不忘说一句,“愿石墨烯与你同在!(May the Graphene be with you!)”记者指出他是化用科幻电影《星球大战》中的经典台词“愿原力与你同在!(May the force be with you!)”海姆高兴得晃动手中的眼镜,“哈哈,你知道!”

□本报记者 陈岩 熊筱伟

A得诺奖的发现是怎么来的

◎在垃圾桶里捡来用过的胶带,意外发现了石墨烯◎不合常规的实验尝试可能产生意想不到的结果,“犯错总比无聊好”

记者:翻看您的履历,您是全球唯一一个同时获得“诺贝尔奖”和“搞笑诺贝尔奖”的人。您怎样看这个“唯一”?

海姆:获得这两个奖,之间隔了10年。20世纪90年代的某一个星期五的晚上,我把水倒进了我们实验室一台能产生巨大磁场的仪器,令我惊讶的是,水并没有从强磁铁中流出来,而是形成了一个水球,并悬浮在空中!往一台精密而昂贵的实验仪器里泼水,显然是个惊世骇俗的举动,现在我也记不起来当时我为什么会这样做。但“鲁莽”也有好处,就是从未有人做过。

这个现象背后就是水逆磁性。许多同事,包括那些一辈子与强磁场打交道的研究员,看到这个现象时都目瞪口呆,甚至还有一些人认为这是一个恶作剧。为了找到一个更好的演示方式,我干脆将一只青蛙放进了强磁场,它也悬浮了起来。悬浮的青蛙引起很多关注,甚至进入了许多物理教科书。直到现在,还会有人拦住我说:“嗨!我不知道石墨烯,但是我爱死你的青蛙了!”也因为这个青蛙,2000年,搞笑诺贝尔奖决定授奖给我们。

记者:这一研究的意义是什么?

海姆:我给你说个事情,你来判断它的意义。我还记得一封十几年前收到的信,原话是,“海姆先生,您好。我对那只悬浮的青蛙很感兴趣,您能给我寄来一些相关的信息吗?我今年9岁,我想成为一名科学家。”我想,不用我多说,这封来信可以证明,做这些实验并没有浪费我的时间。

这也启发我,去探求那些与自己研究领域相去甚远的方向,有可能会产生意想不到的结果。我的研究风格也随之改变,开始做一些不合常规的实验尝试,称它们为“星期五晚的实验”或者叫“随机领域实验”。因为我相信一点——“犯错总比无聊好”。让我获得诺贝尔奖的发现——石墨烯就是这类实验的一个结果,你说它的意义是否重要?

记者:石墨烯被认为是21世纪最重要的新材料。但听闻发现石墨烯是用胶带粘下来的,简单得不可思议。

海姆:的确是用胶带粘的。我从来没有研究过碳材料或者石墨,毫不夸张地说,我们从垃圾桶里捡出来别人用过的粘过石墨的胶带,把它放到显微镜下,发现残留在胶带上的石墨残片,有些竟然是透明的。随后,检测出石墨烯惊人的物理特性,比如,是目前为止发现的最薄、最坚硬的材料,具有非常高的热传导性和电传导性。这时,我们才明白这一发现的重要性。过去研究者都用胶带清理手中石墨样本表面,用过的胶带随手就扔进垃圾桶里,没意识到扔掉了诺奖。往往是在某一个已有的矿藏里挖掘得太深了,留下大量未被探寻过的宝藏就埋藏在浅浅的地表下,只要稍微往旁边一试探就会发现它。

记者:另一位诺奖得主跟您的观点可能不同。同样获得诺贝尔物理学奖的美籍日裔科学家中村修二认为,坚持努力的方向,无论发生什么都不放弃,才是成功之道。

海姆:哈哈,我只能说不同的人有不同的研究方式。我不否认坚持的重要性。如果你像中村一样,幸运地选择了对的方向,那坚持和努力是有回报的。但如果像我最早期的研究方向,一个即便在当时也已经没落的研究方向,坚持多年,我也不会坐在这里,估计在学术圈讨口饭吃都不容易。

B怎样看石墨烯产业的爆发

◎“爆发”正在发生,已有两家成规模的公司盈利,这是产业化的重要标志◎轮胎是最近可期待的应用领域“爆点”,添加石墨烯后寿命能增加2-3倍

记者:从发现石墨烯到今天已经有12年了。有人说,石墨烯产业的爆发点已经临近。

海姆:不是临近,石墨烯产业的爆发正在发生。两三年前,企业主要从事石墨烯的批量化生产。过去一年或者一年半,含有石墨烯的产品开始出现在市场上,比如电池,添加石墨烯可提升性能2%或者3%,而每块电池的成本仅提升1元。再比如,微量添加石墨烯的塑料,可以减少对空气的污染。这些产品已经摆上了货架,还有成百上千的产品正在酝酿。

记者:但应用主要停留在对已有材料的改进上?

海姆:是的,改进现有材料的性能并不是革命性的技术,但生产成本也没有增加太多,并且有助于加快商业化,从而促进石墨烯更长远的研究和发展。应用领域广,恰恰展现出石墨烯在商业化上的潜力。我甚至更倾向于认为石墨烯产业的爆点,已经是一年以前的事情了。就我了解,今年已有至少两家成规模的公司开始盈利。对于一项新技术来说,这是产业化的重要标志,意味着这个新材料的成本不断下降,性能和应用不断提升,一升一降之间达到一个平衡点,就开始被市场接受了。

记者:哪个领域最有希望成为“爆点”?

海姆:我觉得轮胎是近期一个比较可期待的应用领域。

记者:四川就有一家企业在生产含有石墨烯的轮胎母料。

海姆:我和青岛一家企业也在合作石墨烯轮胎的研究,发现往轮胎里添加少量的石墨烯,力学指标可能变化不大,但热传导性更强,轮胎发热下降,脱落的橡胶就更少,这就增加了轮胎的寿命。我们在实验室中发现可以增加2-3倍,非常可观。

C政府之手起什么作用

◎石墨烯的科研和产业化,以前所未有的速度在中国发生着,政府的推动起到很大作用◎学术研究和产业化之间有很大空缺时,需要建桥。政府不是去建桥,而是在中间建立柱,让造桥更容易

记者:近两年您频繁来中国,有什么原因?

海姆:5年前,我每年要去美国2-3次,因为当时全世界的石墨烯活动几乎都在美国进行。现在,我已记不起来上次去美国是什么时候了。每年来中国3次,在北京、沈阳、南京和几个团队进行科研合作。希望未来可以和四川的电子科大进行合作。

更重要的是工业上的合作。我更倾向于帮助那些应用石墨烯的企业。我无法预测石墨烯能在哪些领域应用,因为有太多的领域还未经尝试和验证,但我可以告诉他们,应用方向是否可行;如果他们有太过疯狂的应用想法,我会告诉他们,投钱进去是没有前途的。这个判断是我可以做的。

我想说的是,石墨烯的科研、产业化等重要活动,在以前所未有的速度在中国发生着。

记者:政府推动起到了很大作用。

海姆:是的。据我了解,中国中央政府支持石墨烯产业已有3年左右了。山东、江苏、湖北,都投入了很多钱在这个产业上,但是像其他任何投资一样,你永远也不知道,这些投资是否真的物有所值。

记者:有些过多了?

海姆:不,我不会说“过多”。我经常被地方官员问,石墨烯制备是否已经过剩?我认为没有。5年前,没有人想过把石墨烯产业化,那时石墨烯处于纯实验室研究阶段。3年前,人们开始批量生产石墨烯,即使他们并不知道可以怎么应用。很快,以吨计的生产石墨烯的企业开始出现。电子科大的李雪松教授,研究出以平方米计的生产石墨烯薄膜的技术,他绝对是这个领域的先锋。

我将这个过程称为“造桥”。在学术研究和产业化之间有很大的空缺,空隙过大时,桥就要足够长,政府不是去建桥,而是在中间建立柱,帮助造桥的工作更加容易。政府投入资金建个立柱,支撑起一座链接学术研究和石墨烯产业化的桥,这座桥就是石墨烯粉体和薄膜的量产。桥的一端是学术研究,彼岸是真正的产业化。现在可以说桥差不多造好了,但还不能说桥造多了。

应用技术的研究,需要的不是几克,而是成吨的石墨烯。大规模制备,为更多企业利用石墨烯带来可能性。所以,代表全人类的利益,我要谢谢中国政府做了这些。

记者:那如何避免过多?

海姆:产业资本、金融资本大举进军石墨烯,表明全社会对这种革命性新材料的信心。其实很多新兴领域都是这样。但要尽可能防止过度炒作。我认为关键就是厘清并制定“石墨烯”的定义,制定国际通行的质量标准体系。如果不达标的“石墨烯”出现,市场会逐渐丧失对石墨烯作为“超级材料”的信心。

D四川的机会在哪里

◎添加剂、关键主材的应用,以及高端定制等方面都可发力◎政府应鼓励更多企业应用石墨烯,把石墨烯卖到全世界

记者:四川石墨烯产业的机会在哪里?

海姆:多个地方都在发展石墨烯产业,而且已初见成效,如果现在才起步,会有些晚了。当然也不是太晚,因为整体上石墨烯还处在初级应用阶段,作为添加剂的应用前景还远远未被探明,作为关键主材的应用几乎还处在空白。高端的定制化石墨烯生产离市场需求还差得远。这些都是四川可以发力的地方。你们面对的是世界市场。两天前,我还在和一个巴西客户聊天,他们说需要40吨石墨烯,但不知道这是否可能,因为他们在实验室中只生产出几公斤来。我告诉他,你想要400吨都成。这就是中国在石墨烯产业中的地位,也是四川的机会。

记者:四川政府对石墨烯产业怎样进行有效支持?

海姆:考虑到在中国,风险投资发育得并不是足够完善,政府在技术培育期的支持尤为必要。可以让更多的企业关注石墨烯,还有很多企业并不了解石墨烯对于他们所在产业的巨大价值。通过政府的号召鼓励,更多的企业会愿意购买石墨烯进行试验,把它们加入自己的产品里试试,快速拓展石墨烯的应用。

记者:您是否因为石墨烯是自己发现的,而产生盲目的乐观情绪?

海姆:我的乐观恰恰源于对石墨烯的认识和理解,也来自对全世界涌起的石墨烯科研热潮的观察。自从石墨烯被发现后,越来越多学者把目光瞄准了该领域,这让我信心十足。各国政府支持和产业界的积极参与,将大大加速石墨烯科研能力的提升和应用开发。这一过程就像在隧道里前行,看得见前面有光,你只需要脚踩油门就好了。

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