石墨烯作為革命性的新材料，具有高導(dǎo)電性、高強(qiáng)韌度等特點(diǎn)，未來(lái)發(fā)展前景十分廣闊。去年10月，國(guó)家主席習(xí)近平參觀英國(guó)曼徹斯特大學(xué)國(guó)家石墨烯研究院時(shí)，曾指出“中國(guó)是石墨烯研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)最活躍的國(guó)家之一”。為及時(shí)跟蹤石墨烯最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，加強(qiáng)中外石墨烯科技交流，本報(bào)將陸續(xù)推出這一領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)科研院所和企業(yè)的最新技術(shù)研發(fā)，以及產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的深度報(bào)道，以饗讀者。
如果說(shuō)上帝創(chuàng)造了世界萬(wàn)物的話，現(xiàn)在因研究石墨烯獲得2010年諾貝爾獎(jiǎng)的康斯坦丁·諾沃肖洛夫，正在嘗試創(chuàng)建不一樣的東西——超越石墨烯本身，按需設(shè)計(jì)從原子到產(chǎn)品的性能，探尋這種二維材料帶來(lái)的新機(jī)遇。
4月14日，身著白襯衣藍(lán)牛仔褲休閑鞋，外加背著雙肩包，這位石墨烯界的大明星、英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的著名教授，低調(diào)現(xiàn)身于清華大學(xué)深圳研究生院召開(kāi)的第三屆石墨烯高峰論壇。期間，科技日?qǐng)?bào)記者就石墨烯最新研究進(jìn)展、如何看待石墨烯產(chǎn)業(yè)近況等問(wèn)題，見(jiàn)縫插針地進(jìn)行了采訪。
“跳出箱子思考并構(gòu)建新材料”
因在二維石墨烯材料的開(kāi)創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)，諾沃肖洛夫與其導(dǎo)師安德烈·海姆教授共享2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，那時(shí)他年僅36歲。由此，石墨烯界親昵地稱他“小諾”。
小諾記得，最初發(fā)現(xiàn)石墨烯是一個(gè)周五的夜晚，之所以對(duì)這一時(shí)刻記憶猶新，主要得益于當(dāng)時(shí)海姆教授引進(jìn)的一個(gè)新概念——“跳出箱子思考”，即思索那些非主流研究方向的問(wèn)題，嘗試之前不可能之事。而他現(xiàn)在從事的研究可謂又一次跳出箱子的思考。
石墨烯是通過(guò)膠帶法從鉛筆里的石墨中分離出來(lái)，這種具有優(yōu)異性能的二維材料是大自然中本來(lái)存在的物質(zhì)，也是現(xiàn)在很多業(yè)內(nèi)人士的主要研究對(duì)象。而小諾決定做些超越石墨烯本身的工作，創(chuàng)建新的二維材料。其中一個(gè)主要途徑就是擴(kuò)展石墨烯的“朋友圈”，加入更多的好友，探索它在與其他二維材料互動(dòng)時(shí)會(huì)不會(huì)很“激動(dòng)”而表現(xiàn)出哪些有趣的性質(zhì)。
在實(shí)驗(yàn)室，小諾選取不同性質(zhì)的二維材料，與石墨烯疊加整合在一起，如在石墨烯上附著一層氮化硼或者二硫化鉬、再或氮化物，探察它們接觸后界面的性能，只見(jiàn)有的電子發(fā)生自我旋轉(zhuǎn)；有的電子出現(xiàn)橫向位移、自行排列；有的會(huì)使LED的量子效率大幅提高，等等。
他介紹說(shuō)，未來(lái)或可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用人工排列分子，從原子到產(chǎn)品，任意設(shè)計(jì)電子、機(jī)械結(jié)構(gòu)，以及非常復(fù)雜的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造出世界上不存在的材料，賦予其在自然界中不具備的特性。從而，探尋這種材料的更多潛在應(yīng)用，構(gòu)建理想的二維材料“博物館”。
“石墨烯真正應(yīng)用恰逢其時(shí)”
曾經(jīng)在一起做研究的這兩位石墨烯界大咖諾沃肖洛夫和海姆，現(xiàn)在的研究方向似乎大為不同：海姆饒有興味地研究如何用石墨烯解決現(xiàn)實(shí)中的一些問(wèn)題，如海水快速淡化與凈化等；而諾沃肖洛夫顯然比較醉心于設(shè)計(jì)下一代的石墨烯復(fù)合材料。
諾沃肖洛夫?qū)萍既請(qǐng)?bào)記者坦言：“我現(xiàn)在的主要工作是做基礎(chǔ)研究，關(guān)注微電子元器件領(lǐng)域，特別是將石墨烯和其他二維材料結(jié)合在一起，原則上提供了一系列可以研究的有趣課題，包括電子學(xué)、光學(xué)、化學(xué)、能源和生物應(yīng)用。目前，我在研究中只是做了一些小的嘗試，以增加石墨烯的生產(chǎn)規(guī)模、發(fā)掘和增添其優(yōu)異性能。不過(guò)，如果有時(shí)間和機(jī)會(huì)，我倒愿意做一些不同的事情，幫助一些公司尋找石墨烯新的用途。”
對(duì)于許多人渴望石墨烯能盡早為日常生活中所用的心情，諾沃肖洛夫指出：“石墨烯產(chǎn)品并非一夜即會(huì)出現(xiàn)‘殺手級(jí)’產(chǎn)品，那一天的到來(lái)尚需很長(zhǎng)的歷程。”
諾沃肖洛夫強(qiáng)調(diào)，“當(dāng)下我們所處的階段，正在努力尋找一些石墨烯的應(yīng)用方向，已有一些相應(yīng)的產(chǎn)品出現(xiàn)在市場(chǎng)上。我們不僅僅要關(guān)注石墨烯的基礎(chǔ)科研，還要放眼其真正的應(yīng)用，現(xiàn)在正恰逢其時(shí)！”
“中國(guó)石墨烯研究與國(guó)際基本同步”
如今，幾乎每年諾沃肖洛夫均造訪中國(guó)幾次，有時(shí)來(lái)做學(xué)術(shù)演講，有時(shí)推動(dòng)大學(xué)、科研機(jī)構(gòu)的教育發(fā)展，還會(huì)了解國(guó)內(nèi)的一些合作項(xiàng)目，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前世界上發(fā)表有關(guān)石墨烯的論文1/3來(lái)自中國(guó)。諾沃肖洛夫?qū)Υ苏劻俗约旱目捶?。他肯定道?ldquo;中國(guó)從石墨烯的基礎(chǔ)研究到實(shí)際應(yīng)用，與國(guó)際基本同步，一些方面還有所超過(guò)，有些方面已與英國(guó)很接近。”
諾沃肖洛夫還對(duì)目前從事石墨烯研究的莘莘學(xué)子給出建議：“無(wú)論是努力程度，還是聰明才智，我認(rèn)為中國(guó)的學(xué)生與國(guó)外學(xué)生沒(méi)有不同。一般我不大會(huì)給誰(shuí)建議，不過(guò)談到石墨烯的研究，我以為重要的是堅(jiān)持自己，下決心去做令自己感興趣的課題，而不是追捧當(dāng)下最流行的東西，然后，就是鍥而不舍。”
就在小諾即將回國(guó)之際，他意外地收到了中國(guó)石墨烯業(yè)界專為他定制的一份特別禮物——銀基烯碳新材料股份有限公司通過(guò)3D打印技術(shù)制作的石墨烯模型工藝品。其中，黑色的石墨烯分子結(jié)構(gòu)部件由含有石墨烯高分子材料打印成型，融合了石墨烯和3D打印兩個(gè)顛覆性技術(shù)，體現(xiàn)了未來(lái)科技的發(fā)展趨勢(shì)。而且，其上還鐫印著他的名字。
諾沃肖洛夫笑納著說(shuō)，回英國(guó)曼徹斯特大學(xué)后要為此立個(gè)項(xiàng)目，讓他的學(xué)生檢測(cè)一下它是不是導(dǎo)電。最后，他感言道：“迄今，我們上下求索研究石墨烯的歷程約二十載，希望大家能夠繼續(xù)堅(jiān)持下去，在這條道路上行得更遠(yuǎn)，真正實(shí)現(xiàn)石墨烯的廣泛應(yīng)用，最終能夠開(kāi)花結(jié)果！”
