导读
石墨烯最重要的不是它的物质本身，而是它打开了材料界的一个新时代。
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弯的佛的五彩人生：
袁老师太厉害了，能跟这么厉害的大佬对话，还深入了解了石墨烯，干货满满
爱吃饭的包：
两位老师的对话真的好有趣呀，很开心有这样的机会可以见证，期待更多分享～
精彩呈现：用胶带撕出石墨烯，诺奖得主：我们的想象不该被限制
我们的节目经常有我跟著名科学家的对话。最近，世界顶尖科学家协会与字节跳动帮我联系到了一位诺贝尔奖获得者。更有趣的是，他还是一位诺贝尔奖“双冠王”。这并不是说他得了两次诺贝尔奖，像居里夫人那样，而是说他得了一次正牌的诺贝尔奖和一次搞笑的诺贝尔奖。他得到正牌诺贝尔奖，是因为制备出二维材料石墨烯；得到搞笑诺贝尔奖，是因为磁悬浮青蛙。这位好奇心和成就同样卓著的科学家，就是英国曼彻斯特大学教授安德烈·盖姆（Andre Geim）。下面，我就来和盖姆教授连线，谈谈他的研究、经历以及他想对中国人民说的话。
袁岚峰：首先请让我简单介绍下我自己，我叫袁岚峰，来自中国科学技术大学USTC。
安德烈·盖姆：大家好，我是安德烈·盖姆，我刚好在十年前获得过一次诺贝尔奖，很高兴今天能和您一起探讨。袁岚峰：见到您很高兴，实际上我的第一个问题是关于您的姓（Geim），请问您的姓氏标准发音究竟是什么？袁岚峰：盖姆，好的谢谢您，人们经常困惑到底是海姆，吉姆还是盖姆，原来应该是盖姆。那么第一个正经的问题是关于石墨烯，我们知道，我们在中学就学过石墨的结构。但是，在您的成果之前，单层石墨即石墨烯却一直没有制备出来。请问您是为什么想到要去制备石墨烯的？又是如何想到“用胶带撕”这种方法的？安德烈·盖姆：从我开始这个研究起，我就在寻找周围各种有趣的事情。那时我从荷兰搬到了英国，然后我正在寻找一个新的课题。当时碳纳米管非常流行，因此我想到，石墨是一个非常有趣的材料。没有人在石墨薄膜这个领域开始过研究，因为以前不可能制备出这种薄膜。也许我们可以制备某种跟碳纳米管很类似的东西，制备石墨的薄膜。因此我和一位中国学生开始了博士研究，他叫Jiang Da，Jiang Da现在是一名上海的教授。我们一起开始了这个研究项目，最终我们制备了石墨的薄膜，最终我们获得了单层的物质，现在被称为石墨烯，这就是简单的故事。袁岚峰：这是个精彩的故事。您的工作引起了巨大的轰动，现在石墨烯已经形成一个很大的产业，不过，还是经常听到一种说法：这个产业缺少一个“爆款应用”，请问您对此怎么看？安德烈·盖姆：当我们谈论石墨烯，我们关心的不是应用，它基本上是关于这种材料带给我们新的知识。安德烈·盖姆：我得到诺贝尔奖不是因为开公司或者诸如此类的事情，我得到诺贝尔奖是因为从石墨烯中发现的新物理。安德烈·盖姆：重要的是我们在这个新物体中发现了什么。如果你仔细观察我们周围，我们周围的每个物体都是三维的，它有厚度，有长度，还有宽度。你不会在我们身边找到一个物体，它的厚度只有一个原子或一个分子。这个物质挑战了人类科学家和认知的极限，就是我们难以相信单原子物质在大自然的存在，这背后是非常有力的物理法则。
我们同样也在经历，例如，你想取得同样（如石墨烯一样）单层的金子，它会在室温融化，如果你想得到同样薄的铝或者铁，它会氧化，然后完全被摧毁。因此我们从来没有“这种物质可以存在”的知识，石墨烯正是第一种材料，证明单原子或者单分子厚度的材料可以存在。现在，我们有几十几百种这样的材料，它们正在世界各地被研究，正在世界各地进行，这很可能将给我们带来整个一类新材料的研究，并用于实际应用，这是第一个关键。关于石墨烯第二个关键是，人人都认为，如果你从石墨中取出一小块，它的性质会基本上和大块材料一样，然而石墨烯证明，某种物质的一小部分可以具有跟大块材料完全不同的性质，它的性质丰富得多，强大得多。石墨烯与其母材石墨非常不同，其他石墨烯的姐妹材料也是如此。袁岚峰：我明白了，因此石墨烯最重要的不是它的物质本身，而是它打开了二维物质的大门，对吗？安德烈·盖姆：是的，它打开了材料界的一个新时代。人类跟随着材料的发展，从石器时代、青铜时代、铁器时代再到充满硅和塑料的现代社会。因此我相信，我们正在进入，至少是部分进入一个二维材料的新时代。这个领域在15年前我们还一无所知，在此之前，我们甚至想都不敢想这种物质的存在。袁岚峰：人们一般谈的是石墨烯的用途，例如它可以用作导电材料或者超硬材料，但实际上，它在科学上基础的重要之处在于，它是二维材料。我们从没意识到二维物质的存在，这真是神奇。那么，关于石墨烯和碳基半导体的未来。例如，中国一些团队在今年五月的《科学》杂志上发表了论文，他们第一次制备了性能超越硅晶体管的碳纳米管晶体管，请问您觉得碳基半导体的前景如何？安德烈·盖姆：这是一个由你提到的这个团队做出的重要的进展，我认识他们。但是，如果我们能看的更加广阔，目前我们只是一直在尝试利用新材料，复制一些我们已经了解的事物而已。我们知道，硅制造出了十分强大的芯片，它们支撑了我们的电脑和手机，利用石墨烯或者碳纳米管晶体管这样的材料，只是尝试去提高现有的技术水平。我觉得比这次更大的意义应该是：我们现在的工作，是我们首次理解碳基科技的基本原理，我们不应该限制自己的想象仅仅复制现有的技术。袁岚峰：是的，我理解了，这个问题实际上比您的图景狭窄得多，您的图景才是真正重要的事。真的很了不起，您仍然在科研工作的一线，从你的职业生涯一开始到现在，您一直保持着从事研究，同时您还做了其他有趣的事情。比如，您靠着磁悬浮一只青蛙，获得了“搞笑诺贝尔奖”，这看起来令人捧腹大笑。但是你还可以考虑磁悬浮人类或诸如此类，您是怎么想到这个主意的呢？这项研究的未来如何？安德烈·盖姆：贯穿我整个的职业生涯，我都在努力做一些出乎预料的事，在其他人还没有研究过的，尚未高度发展的领域。因此在25年前，我决定考察一个没有被充分理解的主题“磁化的水”，那么水发生了什么？让我吃惊的是，以及更重要的，让我所有的那些终身对磁场做专业研究的同事们吃惊的是，水被泼出后不是洒在地板上，而是在磁场中悬浮了起来。我花了五分钟的时间去想明白，这玩意不是科幻中的反重力机器，和那个完全是两码事，这个现象背后的原理，其实我们早在百年前就知道了，就是磁场，抗磁性。例如你和我，我们都有一点磁性，我们可能感觉不到，但是当我们被放入磁场后，我们变得好像一个小磁体，甚至其实不是那么小。磁依赖于磁场，但是每个人，包括专家，都认为这只是个微小的现象，只能用于特殊的环境中，如此等等。但实际上我们却发现，这些条件在全世界的很多实验室都可以日常地提供，这些条件在我之前半个世纪就已经存在了，只是没人去做这种简单的实验。把普通的物质放到磁场中，我放入了水，然后我得到了漂亮的视频。草莓、西红柿等等，任何东西，以及其他物体磁悬浮在磁场中，这对于这个领域的专家都是个相当震撼的经历。但最终，如何向大众展示，你有你的科普栏目（科技袁人），如果你说悬浮水或塑料，那听起来还是有点太科学了，因此我决定做一个标志性的展示，我把小青蛙放到磁场中，青蛙也悬浮了起来。如果青蛙能磁悬浮，人类当然也可以，这就是我的要点。搞笑诺贝尔“奖”，当我被问到我是否愿意领奖，因为有些人不愿意有不专业的职业生涯，不是个对专业人员有益的奖项，但我的一生都乐于冒险，因此我愿意领奖，因为到时我就能拿自己开玩笑了。袁岚峰：是的，这不仅仅是个玩笑，这实际上也是非常重要的物理实验。您是不是说，如果水和青蛙可以被磁悬浮，那么人类也可以，因为人体里也有水？安德烈·盖姆：是的，人类的确可以被磁悬浮，这需要非常大的磁体。但是我不认为做这个有什么意义，这个研究最重要的问题不是关于新知识，而是在转换磁场环境中的物质的新认知，它变得更加深入了。我亲眼所见，学者们刚开始仅仅看到蚊子在磁场中飞行，但是他们从没有真正了解，为什么蚊子试图调整方向沿着磁场飞，因为磁场的变换让它们感觉到了不舒服。袁岚峰：我明白了。看起来您的风格和其他大多数科学家十分不同，大多数科学家会从非常奇怪的材料中寻找新现象。比如量子霍尔效应，它同样处于强磁场中，它的材料也非常的特殊。但是您只是在用青蛙和水，它们是非常大众化的物质。您的风格是从我们熟悉的材料中寻找新现象，比如石墨，比如青蛙，这真是很神奇。这让人感觉到，有这么多宇宙秘密，而它们就在我们身边，我们应该仔细观察，非常感谢您。安德烈·盖姆：是的，科学通常沿着某个方向小步发展，人们逐渐地发展知识，突然间他们在这条路上发现了新的东西，这是做事的一种方法。但不同的是，我用另一种不同的方法做事，而不是逐渐发展我自己的研究领域，希望在这条路上的某个地方发现有一些有趣的东西。我跳进了未知的领域，希望在那里找到一些有趣的东西，至少这样做是有趣的。背景简介：袁岚峰，中国科学技术大学化学博士，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员，科技与战略风云学会会长，“科技袁人”节目主讲人，安徽省科学技术协会常务委员，中国青少年新媒体协会常务理事，入选“典赞·2018科普中国”十大科学传播人物，微博@中科大胡不归，知乎@袁岚峰（https://www.zhihu.com/people/yuan-lan-feng-8）。