文/小小

康斯坦丁·諾沃肖洛夫：（俄羅斯、英國(guó)）著名物理學(xué)家，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)教授，2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者；他專(zhuān)門(mén)研究凝態(tài)物理學(xué)、介觀物理學(xué)和納米技術(shù)。對(duì)鐵磁體和超導(dǎo)體中的介觀現(xiàn)象及GaAs/AlGaAs異質(zhì)結(jié)構(gòu)和石墨烯中二維電子氣的電子性質(zhì)有著廣泛的研究興趣。在納米制造和納米技術(shù)方面也有深厚的研究背景。領(lǐng)導(dǎo)了曼徹斯特國(guó)家石墨烯研究所的建設(shè),并成為首位科學(xué)主任。2010年他因在二維材料石墨烯方面的開(kāi)創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

如果有一天，我們的手機(jī)、照相機(jī)可以彎曲、折疊，再也不覺(jué)得那是放在自己口袋里硬邦邦的，或是挎在肩膀上讓人負(fù)重前行的東西。

如果有一天，我們的新能源汽車(chē)再也不用焦慮每天晚上要充電以保證第二天上班的需要，從此擺脫沒(méi)電了怎么辦的尷尬。

如果有一天，我們可以把電子設(shè)備穿戴在身上，藥物不用從口入而是直接被運(yùn)送到身體的傷病部位，生活在世界上欠發(fā)達(dá)地區(qū)的人可以喝到更潔凈的水，我們的生命將得到更多保障，也會(huì)變得越來(lái)越舒適。

如果這一天，它真的存在，那就是因?yàn)樗某霈F(xiàn)。

很薄很輕，很堅(jiān)強(qiáng)

在神奇的自然界，有一種常見(jiàn)的元素，以多種形式廣泛存在于大氣和地殼之中。它很早就被人認(rèn)識(shí)和利用，其一系列化合物——有機(jī)物更是生命的根本。比如，它是生鐵、熟鐵和鋼的成分之一，能在化學(xué)上自我結(jié)合而形成大量化合物，同時(shí)在生物體內(nèi)大多數(shù)分子都含有這種元素。

這種元素就叫碳。

碳元素有一種存在形態(tài)是石墨，是一種最軟的礦物，其最廣泛的用途是制造鉛筆芯和潤(rùn)滑劑。

說(shuō)到石墨，我們可能又會(huì)想到現(xiàn)在特別流行的一種新材料——石墨烯。

那么，石墨和石墨烯之間又是什么關(guān)系呢？

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，石墨是由石墨烯一層層疊起來(lái)的，比如厚1毫米的石墨大約包含300萬(wàn)層石墨烯。

這種薄到讓人難以想象和描述的材料，到底是怎么發(fā)現(xiàn)的呢？

2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的兩位科學(xué)家安德烈·蓋姆（Andre Geim）和康斯坦丁·諾沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）發(fā)現(xiàn)他們能用一種非常簡(jiǎn)單的方法得到越來(lái)越薄的石墨薄片。他們從高定向熱解石墨中剝離出石墨片，然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開(kāi)膠帶，就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作，于是薄片越來(lái)越薄，最后，他們得到了僅由一層碳原子構(gòu)成的薄片，這就是石墨烯。

2009年，安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫在單層和雙層石墨烯體系中分別發(fā)現(xiàn)了整數(shù)量子霍爾效應(yīng)及常溫條件下的量子霍爾效應(yīng)，他們因此獲得了2010年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。在發(fā)現(xiàn)石墨烯以前，大多數(shù)物理學(xué)家認(rèn)為，熱力學(xué)漲落不允許任何二維晶體在有限溫度下存在。所以，它的發(fā)現(xiàn)立即震撼了凝聚體物理學(xué)界。

石墨烯比人的頭發(fā)絲薄100萬(wàn)倍，比鋼還強(qiáng)200倍，是目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料，被稱(chēng)為“黑金”。

一直嘗試去做一些新的事情

2019年1月，在旅英華人高新技術(shù)商業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)張其軍博士的幫助下，我采訪了石墨烯發(fā)現(xiàn)者之一、2010年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者康斯坦丁·諾沃肖洛夫。

康斯坦丁出生在俄羅斯烏拉爾山脈附近的一座小城，母親至今在那里生活。他在莫斯科上的大學(xué)，考上研究生后轉(zhuǎn)到荷蘭，最后又隨導(dǎo)師來(lái)到英國(guó)曼徹斯特大學(xué)。在朋友的眼中，他是一個(gè)“工作狂”，總是很晚離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室。我想，正是這種專(zhuān)注專(zhuān)一的精神和態(tài)度，使他的研究取得重大成果。

“是的，我有豐富的物理知識(shí)和納米技術(shù)的知識(shí)。但即使你非常了解物理學(xué)，那也不能保證你就能有所創(chuàng)新突破。是什么導(dǎo)致了一個(gè)新創(chuàng)意的出現(xiàn)？這是一個(gè)很好的問(wèn)題。但是我無(wú)法給出一個(gè)方法告訴你怎么去獲得創(chuàng)新的想法。我唯一知道的是，你需要努力工作，一直嘗試去做一些新的事情，這樣才能發(fā)現(xiàn)一些新的東西?！笨邓固苟≌f(shuō)。

作為原國(guó)家外國(guó)專(zhuān)家局海外專(zhuān)家組織英國(guó)國(guó)際人才與創(chuàng)新發(fā)展服務(wù)中心的負(fù)責(zé)人，張其軍多次組織包括康斯坦丁在內(nèi)的外國(guó)專(zhuān)家參加國(guó)內(nèi)的科技交流活動(dòng)。通過(guò)張其軍博士，我了解到，康斯坦丁的夫人也是科研工作者，他們是在實(shí)驗(yàn)室里萌生的愛(ài)情。夫人艾琳娜目前在曼徹斯特一家生物技術(shù)公司擔(dān)任項(xiàng)目主管。他們有一對(duì)雙胞胎女兒維克多利亞和索菲亞。

康斯坦丁和艾琳娜作為科學(xué)伉儷，更加重視對(duì)孩子的教育，對(duì)孩子科學(xué)精神的培養(yǎng)。他認(rèn)為給孩子提供一定程度的自由是很重要的。把孩子推向一個(gè)他們不想去的方向是完全適得其反的事情。因此，確定孩子想要接受教育的方向非常重要，然后讓他們朝著這個(gè)方向工作和學(xué)習(xí)。選擇哪一個(gè)并不重要，只要是成功的選擇。

科學(xué)對(duì)于大眾來(lái)說(shuō)，是深?yuàn)W的。但是如果你真的喜歡并且投入進(jìn)去，你也許就會(huì)產(chǎn)生和康斯坦丁一樣的感受?！拔艺J(rèn)為科學(xué)本身就很令人興奮。一旦你開(kāi)始練習(xí)，嘗試動(dòng)手，它就會(huì)令人非常興奮。用一些基本的技巧來(lái)解決問(wèn)題并預(yù)測(cè)接下來(lái)會(huì)發(fā)生什么，這種能力也很有趣。所以只要我們不只是驅(qū)使科學(xué)，只要我們展示這些知識(shí)在現(xiàn)實(shí)生活中的意義。我想任何孩子都會(huì)對(duì)科學(xué)感興趣。”

希望支持科學(xué)和技術(shù)一樣多

康斯坦丁教授全家與張其軍博士全家合影

2019年1月，張其軍博士陪同康斯坦丁來(lái)到中國(guó)，參加科學(xué)技術(shù)部組織的外國(guó)專(zhuān)家座談會(huì)?？邓固苟〔粌H在座談會(huì)上作了精彩發(fā)言，同時(shí)受到了李克強(qiáng)總理的親切接見(jiàn)。他在發(fā)言中特別講到材料在人類(lèi)生產(chǎn)生活中的重要作用。他說(shuō)，材料一直是技術(shù)的決定因素，我們甚至把人類(lèi)歷史的不同時(shí)期用當(dāng)時(shí)的主流材料命名，比如石器時(shí)代、青銅時(shí)代、鋼鐵時(shí)代。

的確，新技術(shù)促進(jìn)新材料產(chǎn)生，新材料推動(dòng)新技術(shù)發(fā)展。材料改變了我們的生活，我們的生活越來(lái)越依賴(lài)新材料。康斯坦丁認(rèn)為，未來(lái)會(huì)出現(xiàn)更多的設(shè)計(jì)材料或者說(shuō)是按需生產(chǎn)的材料，我們可以把它們稱(chēng)作“智能材料”。這些智能材料可以為我們的制造帶來(lái)更多的機(jī)會(huì)，智能材料也可以適應(yīng)環(huán)境的變化，能夠在環(huán)境允許的條件下帶來(lái)最高、最理想的效用。他說(shuō)：“想象一下如果一輛汽車(chē)的擋風(fēng)玻璃能夠從震動(dòng)、照明甚至雨水當(dāng)中吸取能量、自我加熱，從而消除擋風(fēng)玻璃上的水霧……”人類(lèi)的生活將會(huì)多么高效和輕便。

在張其軍博士的幫助下，康斯坦丁目前正在中國(guó)尋找合作方，因?yàn)樗麑?duì)中國(guó)先進(jìn)材料的發(fā)展前景充滿期待。他說(shuō)，中國(guó)的制造業(yè)無(wú)論是規(guī)模還是復(fù)雜程度，都發(fā)展得非常迅速，而且有越來(lái)越多的先進(jìn)技術(shù)在制造業(yè)中得到運(yùn)用。先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)材料往往是同步發(fā)展的，中國(guó)也開(kāi)發(fā)和運(yùn)用了很多先進(jìn)的材料。他認(rèn)為，中國(guó)先進(jìn)材料發(fā)展快速的原因，一方面是對(duì)于大規(guī)模制造業(yè)的投入，另一方面是對(duì)創(chuàng)新企業(yè)的投入，但是需要在投入的效率上進(jìn)一步提升。而且，中國(guó)很多材料的發(fā)展并不是內(nèi)生的，中國(guó)的研究人員或者工程人員更多的是在跟跑，缺少原創(chuàng)性。很多投入都投在了研究機(jī)構(gòu)或者公司，對(duì)大學(xué)的投入不夠，導(dǎo)致很多科研人員不太愿意花時(shí)間和精力用在基礎(chǔ)性研究上。

“當(dāng)然，我認(rèn)為中國(guó)政府做得非常好。政府為創(chuàng)造新業(yè)務(wù)和新動(dòng)能提供了很多激勵(lì)措施。讓他們不害怕創(chuàng)造新想法和嘗試市場(chǎng)之外的新產(chǎn)品，并且政府在推廣更多高科技產(chǎn)品方面非常努力，所以中國(guó)在科學(xué)研究方面取得了很大的進(jìn)步。但是，如果在支持科學(xué)和技術(shù)上一樣重視，那么它將會(huì)更加成功?！?/p>

石墨烯會(huì)走多遠(yuǎn)？

被稱(chēng)為“黑金”的石墨烯，是目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料，也是未來(lái)最有前景的先進(jìn)材料之一。近年來(lái)，我國(guó)政府通過(guò)出臺(tái)一系列的政策、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等，支持石墨烯行業(yè)的發(fā)展。按照產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖，到2020年，中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)的目標(biāo)是形成百億元產(chǎn)業(yè)規(guī)模，2025年整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模突破千億元。

由于石墨烯具有極好的耐高溫性，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，潤(rùn)滑性，化學(xué)穩(wěn)定性，可塑性，抗熱震性等特性，所以它廣泛地應(yīng)用在我們的生產(chǎn)生活中。比如，目前已應(yīng)用于透明導(dǎo)電電極、觸控屏、太陽(yáng)能電池、鋰電池、超級(jí)電容器、導(dǎo)熱薄膜、海水淡化、環(huán)境污染治理、醫(yī)療健康等領(lǐng)域。

康斯坦丁教授和女兒維克多利亞慶祝中國(guó)新年時(shí)作畫(huà)

對(duì)此，作為科學(xué)家的康斯坦丁對(duì)未來(lái)的期許比我們要更遠(yuǎn)、更深。他說(shuō)：“石墨烯有潛力在許多不同領(lǐng)域得到不同應(yīng)用。我們通常并不單獨(dú)討論石墨烯，我們談?wù)摰氖嵌S家族，其中一種是原子材料，石墨烯也來(lái)自這一家族。我們把它們放在一起討論，這就增加了它們應(yīng)用的范圍甚至領(lǐng)域?！彼J(rèn)為石墨烯研究和石墨烯行業(yè)非常強(qiáng)大，它不僅得到了很好的利用，也發(fā)展得非?？?。但是除了世界知名的好公司外，有一些公司的產(chǎn)品質(zhì)量還需要提升。所以他期待并堅(jiān)信，高科技公司做高質(zhì)量產(chǎn)品的比例將來(lái)會(huì)增加。

汽車(chē)輕量化是節(jié)能減排的一個(gè)重要方向。研究表明，在不降低汽車(chē)剛性和碰撞性能的前提下，重量減輕10%，油耗將相應(yīng)減少6%—8%。石墨烯聚合材料電池的成本將比鋰電池低77%，重量也僅為傳統(tǒng)電池的一半。同時(shí)，如果在摩擦副表面吸附上一層石墨烯保護(hù)膜，還能起到高效的防磨抗磨的作用。2017年，西班牙Graphenano公司同科爾瓦多大學(xué)合作研究出首例石墨烯聚合材料電池，用此電池提供電力的電動(dòng)車(chē)最多能行駛1000公里，而其充電時(shí)間不到8分鐘。2018年，華為發(fā)布了全球首款應(yīng)用石墨烯薄膜散熱的手機(jī)?？梢?jiàn)，石墨烯被廣泛應(yīng)用于新能源、電子、航空航天、復(fù)合材料等多個(gè)領(lǐng)域，被譽(yù)為“顛覆21世紀(jì)的新材料”。甚至“很難預(yù)測(cè)它會(huì)被用在哪，因?yàn)檫@不僅取決于材料本身，而且取決于技術(shù)，取決于經(jīng)濟(jì)”，康斯坦丁表示。“石墨烯在許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用，這表明石墨烯的利用率在提高。但是，石墨烯會(huì)走多遠(yuǎn)？我不知道。但令人鼓舞的是，目前已經(jīng)看到了它的應(yīng)用?！笨邓固苟?duì)石墨烯前景的態(tài)度，表達(dá)了作為科學(xué)家一貫的積極而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木瘛?/p>

康斯坦丁教授全家在桂林游玩

在中國(guó)文化中，存在著一剛一柔兩種文化現(xiàn)象。我以為，剛就是柔，柔就是剛。至剛則柔，至柔則剛。石墨烯，讓我想到了中國(guó)文化中的剛?cè)嵴軐W(xué)。你看它，是人的頭發(fā)絲厚度的100萬(wàn)倍之一，卻是鋼的硬度的200倍。我驚嘆，世間還有這樣的物質(zhì)，更重要的是我們發(fā)現(xiàn)了它，并且為人類(lèi)社會(huì)發(fā)展所用。

我為這一切而快樂(lè)：城市正被沖洗，

那些房頂，昨日還蒙蔽塵埃，

今天，卻似光潔的絲綢般發(fā)亮，

閃爍白銀的縷縷光芒。

這是俄羅斯詩(shī)人拉基斯拉夫·霍達(dá)謝維奇的作品《雨水》中的幾句詩(shī)行。

康斯坦丁來(lái)自俄羅斯，他一定也是在俄羅斯的詩(shī)歌中長(zhǎng)大的，但是他的科學(xué)成就屬于全人類(lèi)?？萍寂c詩(shī)歌一樣，應(yīng)該在世界上的每個(gè)角落像“光潔的絲綢般發(fā)亮”，更要像石墨烯一樣剛?cè)嵯酀?jì)，溫柔而堅(jiān)強(qiáng)，給世界帶去“閃爍白銀的縷縷光芒”。（感謝旅英華人高新技術(shù)商業(yè)協(xié)會(huì)）