諾獎得主康斯坦?。合袷┮粯?，溫柔而堅強(qiáng)

文/小小

康斯坦丁·諾沃肖洛夫：（俄羅斯、英國）著名物理學(xué)家，英國曼徹斯特大學(xué)教授，2010年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者；他專門研究凝態(tài)物理學(xué)、介觀物理學(xué)和納米技術(shù)。對鐵磁體和超導(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創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)而獲得諾貝爾物理學(xué)獎。

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，也會變得越來越舒適。

如果這一天，它真的存在，那就是因?yàn)樗某霈F(xiàn)。

很薄很輕，很堅強(qiáng)

在神奇的自然界，有一種常見的元素，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滑劑。

說到石墨，我們可能又會想到現(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？

簡單來說，石墨是由石墨烯一層層疊起來的，比如厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯。

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單的方法得到越來越薄的石墨薄片。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。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)會會長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)師來到英國曼徹斯特大學(xué)。在朋友的眼中，他是一個“工作狂”，總是很晚離開實(shí)驗(yàn)室。我想，正是這種專注專一的精神和態(tài)度，使他的研究取得重大成果。

“是的，我有豐富的物理知識和納米技術(shù)的知識。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)致了一個新創(chuàng)意的出現(xiàn)？這是一個很好的問題。但是我無法給出一個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。

作為原國家外國專家局海外專家組織英國國際人才與創(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)的外國專家參加國內(nèi)的科技交流活動。通過張其軍博士，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，更加重視對孩子的教育，對孩子科學(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方向工作和學(xué)習(xí)。選擇哪一個并不重要，只要是成功的選擇。

科學(xué)對于大眾來說，是深奧的。但是如果你真的喜歡并且投入進(jìn)去，你也許就會產(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。一旦你開始練習(xí)，嘗試動手，它就會令人非常興奮。用一些基本的技巧來解決問題并預(yù)測接下來會發(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在現(xiàn)實(shí)生活中的意義。我想任何孩子都會對科學(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到中國，參加科學(xué)技術(shù)部組織的外國專家座談會?？邓固苟〔粌H在座談會上作了精彩發(fā)言，同時受到了李克強(qiáng)總理的親切接見。他在發(fā)言中特別講到材料在人類生產(chǎn)生活中的重要作用。他說，材料一直是技術(shù)的決定因素，我們甚至把人類歷史的不同時期用當(dāng)時的主流材料命名，比如石器時代、青銅時代、鋼鐵時代。

的確，新技術(shù)促進(jìn)新材料產(chǎn)生，新材料推動新技術(shù)發(fā)展。材料改變了我們的生活，我們的生活越來越依賴新材料?？邓固苟≌J(rèn)為，未來會出現(xiàn)更多的設(shè)計材料或者說是按需生產(chǎn)的材料，我們可以把它們稱作“智能材料”。這些智能材料可以為我們的制造帶來更多的機(jī)會，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最高、最理想的效用。他說：“想象一下如果一輛汽車的擋風(fēng)玻璃能夠從震動、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……”人類的生活將會多么高效和輕便。

在張其軍博士的幫助下，康斯坦丁目前正在中國尋找合作方，因?yàn)樗麑χ袊冗M(jìn)材料的發(fā)展前景充滿期待。他說，中國的制造業(yè)無論是規(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，中國也開發(fā)和運(yùn)用了很多先進(jìn)的材料。他認(rèn)為，中國先進(jìn)材料發(fā)展快速的原因，一方面是對于大規(guī)模制造業(yè)的投入，另一方面是對創(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，中國很多材料的發(fā)展并不是內(nèi)生的，中國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，對大學(xué)的投入不夠，導(dǎo)致很多科研人員不太愿意花時間和精力用在基礎(chǔ)性研究上。

“當(dāng)然，我認(rèn)為中國政府做得非常好。政府為創(chuàng)造新業(yè)務(wù)和新動能提供了很多激勵措施。讓他們不害怕創(chuàng)造新想法和嘗試市場之外的新產(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，那么它將會更加成功。”

石墨烯會走多遠(yuǎn)？

被稱為“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，也是未來最有前景的先進(jìn)材料之一。近年來，我國政府通過出臺一系列的政策、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、太陽能電池、鋰電池、超級電容器、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新年時作畫

對此，作為科學(xué)家的康斯坦丁對未來的期許比我們要更遠(yuǎn)、更深。他說：“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。”他認(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)展得非常快。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。所以他期待并堅信，高科技公司做高質(zhì)量產(chǎn)品的比例將來會增加。

汽車輕量化是節(jié)能減排的一個重要方向。研究表明，在不降低汽車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，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車最多能行駛1000公里，而其充電時間不到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)?？梢姡┍粡V泛應(yīng)用于新能源、電子、航空航天、復(fù)合材料等多個領(lǐng)域，被譽(yù)為“顛覆21世紀(jì)的新材料”。甚至“很難預(yù)測它會被用在哪，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?！笆┰谠S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κ┣熬暗膽B(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，并且為人類社會發(fā)展所用。

我為這一切而快樂：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。

這是俄羅斯詩人拉基斯拉夫·霍達(dá)謝維奇的作品《雨水》中的幾句詩行。

康斯坦丁來自俄羅斯，他一定也是在俄羅斯的詩歌中長大的，但是他的科學(xué)成就屬于全人類?？萍寂c詩歌一樣，應(yīng)該在世界上的每個角落像“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）