石墨烯被誉为“神奇材料”,具有广阔的应用前景,科学家甚至预言其将“彻底改变21世纪”。
“10年前,人们都想象不到石墨烯有什么作用。但现在已经有很多石墨烯产品出现了,在电池、汽车轮胎、复合材料等领域。我们应该认识到,石墨烯是下一个世纪甚至未来几个世纪都会持续发挥重要作用的材料。”安德烈·盖姆认为,中国应在石墨烯领域投入更多资金进行研究和产业化。
安德烈·盖姆为国际知名碳材料科学家、2004年因与诺沃肖洛夫合作发现二维材料石墨烯,是2010年诺贝尔物理学奖获得者、在2017年新当选中国科学院外籍院士。

安德烈·海姆 讲述石墨烯的发现过程
同时获得“诺贝尔奖”和“搞笑诺贝尔奖”的人
获得这两个奖,之间隔了10年。
安德烈·海姆介绍,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。
这一研究的意义是什么?
安德烈·海姆说,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?
不可思议,石墨烯是用胶带粘下来的
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。
安德烈·海姆说,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。
石墨烯产业应用领域临近还是爆发
从发现石墨烯到今年已经有13年了。有人说,石墨烯产业的爆发点已经临近。
安德烈·海姆说,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。
如何促进石墨烯更长远的研究和发展。应用领域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,去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。
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。
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。
政府对革命性新材料支持希望成为“爆点”
安德烈·海姆认为,我觉得轮胎是近期一个比较可期待的应用领域。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。
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。
安德烈·海姆表示,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。
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。
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。
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。
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。
2017年12月4日,深圳盖姆石墨烯研究中心在清华大学深圳研究生院新能源与环境大楼揭牌成立。该中心由2010年诺贝尔物理学奖获得者、石墨烯发现者安德烈·盖姆担当主任。主要目标是攻克以石墨烯为代表的二维材料在基础前沿科学研究和高端产品产业化过程中面临的关键难题,发展成为集新型二维材料及器件研发、标准化制定、产业化检测等国际顶尖的多功能研究平台。
参与石墨烯作为“超级材料”,代表全人类的利益,我要谢谢中国政府做了这些。
中国科学院外籍院士人物名片: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。