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逗比博士倒水进仪器竟发明悬浮术,又靠捡垃圾、撕胶带拿下了诺奖

已有 1306 次阅读 2017-3-17 20:12 |系统分类:人物纪事|关键词:石墨烯 海姆 悬浮 磁场

石墨烯,可能是近两年存在感最高、刷屏次数最多的一种新材料。

它不过是由单层碳原子组成的特殊薄膜,但却在强度、导电性、导热性、光学性能上超越了几乎所有的已知材料。

石墨烯

搭载锂电池的电动车目前最快也要一个多小时才能充满,若是用上石墨烯电池只需要短短几秒钟。

还有石墨烯复合材料、石墨烯芯片、石墨烯显示屏等等,每一种都将颠覆我们的认知。

石墨烯因此被称作“材料之王”,也是21世纪最有价值的发现之一。

自被发现以来,石墨烯的前景一片大好,短短2年市场规模就翻了一倍,极有可能掀起一股产业大革命。

石墨烯市场规模(单位:百万美元)

然而发现石墨烯的天才33岁时H因子只有1,除了苦逼之外他剩下就只有逗逼。

他先是违规把水倒进能产生超强磁场的仪器里,发现了让物体悬浮的方法,一举拿下了搞笑诺贝尔奖。

后来他又研究石墨薄膜,别人都在用高精度抛光机研磨,费心费力都做不出合格的样品。

他却从别人的垃圾桶里捡回沾有石墨的废弃胶带,反复观察研究,竟然用胶布造出了终极材料石墨烯

石墨烯碎片

他靠石墨烯再次登上领奖台,成为了2010年的真·诺贝尔物理学奖得主。

从发了5篇论文只有2次引用的科研渣,蜕变成有史以来第一个“双料诺奖”得主。

安德烈·海姆的一生如果拍成电影大概会是一部狗血励志喜剧。

父母都是德裔工程师,他生于苏联,拿到了荷兰国籍,又在英国和丹麦工作。

这般离奇复杂的身世不仅给他的学习生涯带来了很大的麻烦。

他拿下诺奖之后,每个国家都想沾他的光,从这点上看他可能是最有争议的一位诺奖得主。

安德烈·海姆

16岁时,安德烈中学毕业,所有科目几乎都拿到了满分,因此获得了学校的颁发的金牌。

那时候他是全校学生嫉妒的对象,谁叫人家拥有德国贵族血统呢,连他奶奶都是搞科研的。

父母看他成绩优秀建议他报考苏联最好的大学,也就是在莫斯科的那几所名牌学校。

安德烈的理科都不错,尤其是数学,但考虑到就业的问题,他最终选择报考莫斯科工程物理研究院的物理系。

可是入学考试异常的困难,就连最擅长的数学安德烈也仅仅拿到了一个及格分。

接连考了两年都落榜了,他感觉非常挫败,甚至一度怀疑自己是不是报了假学校。

悲痛中他注意到和他一个考场的人成绩全都很差,能及格都算是厉害的了。

但奇怪的是,这些难友们要么是犹太人要么是顶着明显的外国名字,别的考场则是清一色苏联本地人。

很明显,学校有特殊的种族政策,本地人和外裔做的是两套难度不同的题目。

大概是因为学校担心这些外裔参与到机密项目,将来会离开苏维埃的怀抱。

知道真相后安德烈有些绝望,但是他还没有放弃,反正都已经落榜了,不如去更好的学校碰碰运气吧。

结果,安德烈竟然轻松地通过了入学考试,反而考上了更著名的莫斯科物理技术学院。

一下子高了两个档次,安德烈这经历估计也没谁了。

莫斯科物理技术学院

在莫斯科物理技术学院,安德烈安安稳稳充分地展示着贵族后裔的聪明才智。

一路读到了博士,虽说成绩一直都不错,但也没有什么突出的贡献,还拿到一个烂课题。

安德烈的研究方向是“通过螺旋共振方法研究金属中传输松弛的机制”,相关的研究早在十年前就已经没落了。

他为了完成学位,发表了5篇论文,这些文章一共只被引用了两次,还都是安德烈自己引用的。

年近30,没有任何能拿得出的成就,安德烈就像是一个在混日子的博士。

毕业后顺利的在苏联科学院下属的一家研究所找到了一份临时工,继续混着。

一次偶然的机会,安德烈走狗屎运获得了一次到英国皇家学会访问半年的机会。

结果他来到汉诺丁大学,在实验室里捡起了“垃圾”,专门研究别人废弃了几年的样品。

捡垃圾的经历让安德烈感到十分开心,加上那时苏联动荡的政局,他决定跟社会主义告别了。

之后安德烈在荷兰找到了一份副教授的工作,他喜出望外,迫不及待地开始作死。

当时他们学校最大的实验优势就是能制造出20特斯拉的超强磁场。

目前人类能制造的最强磁场约为100特斯拉,是地球磁场的200万倍,在当时20特斯拉的磁场在欧洲算是数一数二的强磁场了。

但是,这个庞然大物十分费电,每次的运行时间撑死也就几个小时。

所以安德烈总是会抓住机会好好地折腾一番,这次,他往磁铁里倒了些水!

安德烈的行为已经不能用违规形容了,简直就是搞事,这么大个用电器倒水进去,有点什么差池他可能要重新拥抱社会主义了。

但结果非常意外,这些水非但没有流得到处都是,反而全部聚集在中间的一处。

他和另一个访问学者就这样玩了一个多小时,时不时用木棍搅着玩,还加大了磁场强度,最后在强磁场下水竟然缓缓浮空了!

安德烈赶忙叫来其他同事围观这个大发现,还不忘辩解一下自己可能是麒麟臂发作了才往里面倒水的。

其实安德烈明白,水在磁场中会产生逆磁效应,自身产生一个与外磁场相反的微弱磁场。

但没想到水这么弱的逆磁效应都能抵抗重力,于是他迫不及待地想验证其他东西。

这次,他没有再做倒水这么危险的事了,而是扔了一只青蛙进去。

那一刻,这只青蛙体验到了前所未有的奇妙感觉,飘飘然不可名状。

安德烈随着悬浮青蛙的走红而渐渐有了点名气。

很快就有评委会打电话找到安德烈,称要颁奖给他,吓了他一大跳。

后来才发现只是搞笑诺贝尔奖,结果他竟更加开心,因为再没有其他奖比这个更适合他的气质了。

安德烈出席搞笑诺奖颁奖仪式

既然瞎玩也能搞出惊艳的成果,那为何不抽一点时间出来专门瞎玩呢?

于是他和他的博士生开始尝试花一点时间尝试那些奇奇怪怪的课题。

当时正好碰上了一个大新闻,有科学家用电子显微镜观察壁虎的脚掌终于揭开了爬墙之谜。

原来壁虎爬墙并不是靠脚掌的吸力,而是分子间的作用力。

壁虎脚掌

壁虎脚掌上长有无数毛状物体,每根毛上又拥有上千根极细的纳米级绒毛。

这些数量众多的绒毛在任何地形都可以保证足够的接触面积,靠着范德华力抓住墙壁。

范德华力是一种分子与分子间的弱相互作用力,同种物质分子间与不同物质的分子间都存在范德华力。

壁虎脚掌的微观结构

安德烈从壁虎的脚掌得到灵感,研制了一种仿生胶带,以超微小的毛状结构产生黏性。

理论上可以在任何表面上使用,且重复使用也不会降低黏性。

不过因为材料的性能关系,并没有壁虎的脚掌那么坚挺,多次使用后黏性会降低。

但也足以将蜘蛛侠送上天花板搞个大新闻了。

安德烈自从玩起了胶带之后,灵感源源不断。

这次他打算研究石墨薄膜,买了一块高定向裂解石墨,让一个新来的中国博士生姜达将它制成薄膜。

高定向裂解石墨是一种人造石墨,与天然石墨相比更容易逐层裂解,每层原子之间靠较弱的范德华力吸引。

高定向裂解石墨

为了方便他操作,还允许姜达使用一台先进的高精度抛光机,让他用最传统的方法把石墨研磨成只有几十层薄膜。

三周后,姜达拿着样品来见安德烈,称他已经尽力磨到了极限厚度了。

结果安德烈用显微镜观察样品,发现这些石墨碎片仍有10微米厚,足足有上千层。

他质问姜达:“你能不能磨得再薄一些?”

姜达

不料姜达说他已经用尽了原来的材料,需要另一块高定向裂解石墨,其售价要差不多2000人民币。

安德烈自然是很不愉快,怒斥了他一顿,结果初来英国的博士生淡淡地说了句,翻译过来大概是:“You can you up, no can no bb.”

两人不欢而散,没办法,事已至此,安德烈只好自己尝试着去做了。

当时他们实验室有个习惯,会用胶布先粘掉石墨表面的一层,去除表面的不平整,再用显微镜观察平整的石墨表面。

他随手拿起了身旁熟悉的胶带,意味深长地端详着它。

别人都在自己的实验室里没日没夜地磨,可安德烈却决定去“捡垃圾”。

他从别人实验室的垃圾桶里找来了一段沾有石墨的废弃胶带,把它放在显微镜底下观察。

惊喜地发现这上面残留的石墨碎片竟然只有十几层厚,比用抛光机研磨出来的薄多了!

胶带上的石墨碎片

明明每个人都在用胶布处理石墨样品,却从来没有人观察过撕掉的胶带上有什么。

这些用胶布撕出来的石墨虽然离单原子层的石墨烯还有很远,但这足以让安德烈发现石墨薄膜的惊人特性。

在整个实验室的努力下,安德烈得到了令人兴奋的单原子层石墨,也就是石墨烯

虽然当时对石墨烯的了解并不充分,撕胶带的方法也不能用于工业生产,仅仅是打破了学界对石墨烯不能稳定存在的错误预言。

单原子层的石墨烯中,碳原子呈六边形排布

连他们几经修改的论文,都被Nature和Science期刊以不够劲爆为由多次拒绝。

当然,后来石墨烯的特性逐渐被发现:强度是钢材的百倍,常温导电导热性能称霸材料界等等,不胜枚举。

也发明了很多更高效的石墨烯生产方法,除了机械剥离法之外,还有氧化还原法、碳化硅外延法等。

石墨烯

很快真·诺奖就自己找上门来了,但安德烈根本没想过这件事,颁奖前的那一晚,他表示自己睡得很香。

历史上第一个“双料诺奖”得主诞生了,这并不比拿上两次真诺奖简单。

安德烈在诺奖颁奖典礼上

至于那个中国博士生姜达,其实很无辜,当初他没能磨出合格的石墨薄膜并不是他的错。

是因为安德烈给错了他材料!误把高密度石墨当高定向裂解石墨给了他,能磨得薄就怪了。

不过安德烈还是得感谢姜达,要不是他的研磨失败,可能自己不会想到用胶带的神来之笔。

纵观安德烈的学术生涯,看似随意却并不简单,他早年吃过导师烂课题的亏,深知科研不是时尚,“复古”害人不浅,激发了他大胆创新的动力。

悬浮青蛙的成名让他懂得了,很多看起来荒谬毫无意义的尝试也许就是下一场革命,这也是“搞笑诺贝尔奖”一直所鼓励的。

安德烈的成功故事看起来可能有些许随意和轻浮,但科学路上,童心未泯的好奇心才是最好的动力。

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