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一個(gè)逗逼科研狗是如何發(fā)明出神一樣的石墨烯并且搞定諾貝爾獎(jiǎng)的？
石墨烯將取代硅,，為世界電子科技開(kāi)創(chuàng)一個(gè)嶄新的時(shí)代,！
石墨烯手機(jī)充電時(shí)間只需5秒，電池就滿檔,，可以連續(xù)使用半個(gè)月,！
石墨烯電池只需充電10分鐘，環(huán)保節(jié)能汽車就有可能行駛1000公里,！
什么神奇的石墨烯到底是什么東東,？
石墨烯是世界上zui薄、zui硬的材料,，于2004年問(wèn)世,發(fā)現(xiàn)石墨烯的英國(guó)曼徹斯特科學(xué)家安德烈·海姆（Andre Geim,，AG）和康斯坦丁·諾沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）憑借著這一發(fā)現(xiàn)獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
所以我們就來(lái)認(rèn)識(shí)一下今天的主角——Andre Geim（以下簡(jiǎn)稱AG）,。他的科學(xué)才華,。在他的眼中，科研是一個(gè)滿足自己好奇心的游戲,。并且在十幾年的時(shí)間中,，玩耍出了很多驚世駭俗的科學(xué)成果，讓所有苦行僧一樣的科研狗們羨慕不己,。
但當(dāng)他還是一只科研狗的時(shí)候,，也曾經(jīng)四面楚歌,苦逼到飯都吃不起的地步,。
事實(shí)一再印證，命運(yùn)之神會(huì)眷念每一個(gè)逗逼,。于是,，他終于發(fā)現(xiàn)了牛B的石墨烯，使人類的科技從硅時(shí)代一躍進(jìn)入碳時(shí)代,，并為自己贏得了科學(xué)家的zui高獎(jiǎng)——諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),。
他曾一無(wú)所有，他將擁有一切,。他神一般的存在,，只為證明一個(gè)真理：好奇心才是科學(xué)的*推動(dòng)力！??！
AG的這張照片看著好有男神范兒，充滿學(xué)霸的光環(huán),。不過(guò),，小編覺(jué)得他的長(zhǎng)相好像一個(gè)人。,。,。
沒(méi)錯(cuò)！就是《科學(xué)大爆炸》中的逗逼霍華德,。事實(shí)也證明了,，AG可能是所有諾貝爾獎(jiǎng)獲得者中，逗逼氣質(zhì)的獲獎(jiǎng)?wù)吡?。這事兒我們稍后再提,，先說(shuō)說(shuō)他苦逼的前半生。
AG在35歲以前,，是一個(gè)養(yǎng)家糊口都犯難的主兒,。
AG上世紀(jì)80年代進(jìn)入俄羅斯科學(xué)院攻讀固體物理學(xué)博士學(xué)位。導(dǎo)師給了AG一個(gè)不怎么需要花錢的課題,，然后,。。,。AG就花了5年的時(shí)間，想著怎么在這個(gè)垃圾課題中找出一點(diǎn)有價(jià)值的東西,。他努力了,，并且發(fā)表了5篇paper。但一個(gè)學(xué)術(shù)的編輯對(duì)AG說(shuō),，他這5年做的研究*是一坨shi,。。。
多年后,，AG在回憶這段研究歲月時(shí)“深情”地說(shuō)：“我還是從中學(xué)到了一些讓我受益終身的東西,，那就是絕！對(duì),！不,！要！讓你的學(xué)生研究那些已經(jīng)死了很久的課題方向,。”
1987年他拿到自己的博士學(xué)位后,，進(jìn)入俄羅斯科學(xué)院，開(kāi)始了一條科研狗的生活,。
AG找了個(gè)機(jī)會(huì)跑到英國(guó)做博士后,，隨后幾年中又分別去了丹麥、荷蘭,，其實(shí)就是去這些發(fā)達(dá)國(guó)家的實(shí)驗(yàn)室里打工掙錢養(yǎng)家糊口,。
由于之前一直沒(méi)有做出什么亮眼的成果，也沒(méi)有發(fā)過(guò)什么好paper,。所以,，AG到哪兒都是一個(gè)無(wú)名小卒，無(wú)人問(wèn)津,。時(shí)間一晃,，他已經(jīng)36歲了，基本上一事無(wú)成,。沒(méi)有自己的科研團(tuán)隊(duì),，沒(méi)有研究方向，更沒(méi)有豐厚的科研經(jīng)費(fèi),。
如果是在中國(guó),，他這樣的科研狗已經(jīng)被很多所謂的專家們?cè)诳蒲猩吓兴佬塘耍脕?lái)作為反面教材教育年輕人要好好聽(tīng)話,、老實(shí)干活,、多發(fā)文章。
被中國(guó)專家緊握著手,，AG只能“呵呵”了
一個(gè)偶然的機(jī)會(huì),，AG成為荷蘭一所大學(xué)的副教授。為了能專心做科研,，不再為五斗米奔波,，他選擇加入荷蘭國(guó)藉。吃飯問(wèn)題解決后,，他那被雪藏已久的逗逼氣質(zhì),，漸漸地蘇醒了,，有如黃河泛濫，一發(fā)不可收拾,。
他所在的實(shí)驗(yàn)室中,，有一臺(tái)能產(chǎn)生20特斯拉的超導(dǎo)磁鐵，幾乎是人類制造出的zui強(qiáng)磁場(chǎng),。嗯,。。,。這個(gè)怎么形容呢,，就是比我們?nèi)粘Ｒ?jiàn)到的電磁鐵磁性強(qiáng)幾十甚至上百倍吧。如果在這樣的磁場(chǎng)周邊放上刀叉之類的鐵器,，估計(jì)會(huì)馬上變成小李飛刀,。
然后，沒(méi)有科研經(jīng)費(fèi)的AG,，就打起了這臺(tái)超導(dǎo)磁鐵設(shè)備的主意,。
磁學(xué)有一個(gè)特別有意思的特性，就是當(dāng)物體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),，物體中會(huì)產(chǎn)生與運(yùn)動(dòng)方向相反的力,，抵抗物體的運(yùn)動(dòng)。
嗯,，作為漫科普一名堅(jiān)持不講科學(xué)公式的小編,，我是不會(huì)告訴你抗磁性是運(yùn)動(dòng)的電子在磁場(chǎng)中受電磁感應(yīng)而表現(xiàn)出的屬性的。
大家只要記住一點(diǎn)就夠了：所有的物質(zhì)都有抗磁性,，也就是會(huì)抗拒被磁場(chǎng)磁化,。只不過(guò)有些物質(zhì)的順磁性或鐵磁性太強(qiáng)，如磁鐵,，將抗磁性掩蓋了,，從而表現(xiàn)出磁性。另外,，由于抗磁性系數(shù)不同,，產(chǎn)生的斥力大小相差也很大。
那么,，磁學(xué)的這一個(gè)特性,，有什么好玩的地方呢？看看下面令人大開(kāi)眼界的動(dòng)圖,。
這個(gè)有趣的現(xiàn)象又被稱為“羽落術(shù)”,。這里使用了一塊釹磁鐵和一只粗銅管。釹磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng),，而銅是優(yōu)良的抗磁性物質(zhì),。運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng)與銅管相互作用，銅內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流,，通過(guò)電磁作用產(chǎn)生向上的斥力阻礙了釹磁鐵下落,。從而，產(chǎn)生畫(huà)面中重物在空氣中緩慢下落的神奇效果,！
嗯,，我們期待已久的AG終于要登場(chǎng)了。吃飽喝足后,，他的逗逼創(chuàng)造力,，可以在科學(xué)*寫(xiě)下濃墨重彩的一筆。
于是,，他逗逼的往20特斯拉的磁場(chǎng)中倒水,。。,。沒(méi)錯(cuò),，就是倒！?。,。?水?。,。?！
這要是在中國(guó),，老板看到哪個(gè)科研狗膽敢往儀器中倒水，一定會(huì)讓這只科研狗腦子進(jìn)水,。,。。
估計(jì)沒(méi)有哪只科研狗敢做出這么膽大妄為的舉動(dòng),，于是,，AG成為了AG，而中國(guó)的科研狗們繼續(xù)NG,。,。。
上帝的秘密就這樣被AG發(fā)現(xiàn)了,。一滴渾圓的水滴,，像失去了重力一樣懸浮在磁場(chǎng)中。它就在那里,，不上不下,，不悲不喜,，不離不棄。
水為什么會(huì)懸浮在磁場(chǎng)中呢,？其實(shí),，水分子也具有抗磁性，只不過(guò)非常小,，如果是一般的磁場(chǎng),，產(chǎn)生的斥力與水滴受到的重力相比，*可以忽略不計(jì),。但AG所用的磁場(chǎng)是如此之強(qiáng),，足以使水滴克服地球重力懸浮起來(lái)。
當(dāng)然,，作為一個(gè)被壓抑了多年的科學(xué)逗逼來(lái)說(shuō),，AG絕不會(huì)滿足于把一滴水懸浮在空中，因?yàn)槟菢犹粔蚨罕凭窳耍,。?/p>
生物體內(nèi)絕大多數(shù)都是水份,，而且，蛋白質(zhì)等也是抗磁性的,。問(wèn)題來(lái)了：生物如果在強(qiáng)磁場(chǎng)中,，會(huì)像水滴一樣懸浮起來(lái)嗎？
于是,，他把活的生物體也扔到了那個(gè)威力巨大的強(qiáng)磁場(chǎng)中,。其中，zui搞笑的是一只青蛙,。
當(dāng)青蛙被放到磁場(chǎng)中,，青蛙的每個(gè)原子都像一個(gè)小磁針，外界磁場(chǎng)對(duì)這些小磁針作用的結(jié)果產(chǎn)生了向上的力,，如果磁場(chǎng)的強(qiáng)度適當(dāng),，這力與青蛙受的重力達(dá)到平衡，它們就能懸在空中,。懸浮的青蛙,，也為AG贏得了2000年的搞笑諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
這只青蛙,，大概是*個(gè)沒(méi)有受外力作用,，比如氣流等，而能夠在地球上懸浮的活體生物了,。
嗯,，說(shuō)到這里，大家肯定自然而然地會(huì)想到，人體是否也能懸浮在磁場(chǎng)中,。從理論上說(shuō),，是*沒(méi)有問(wèn)題的。利用抗磁原理,，只要用足夠強(qiáng)的磁場(chǎng),，經(jīng)過(guò)周密的設(shè)計(jì)，將來(lái)就有可能使人體在磁場(chǎng)中懸浮起來(lái),。
AG搞笑的本色并未就此停止，他后來(lái)做的一系列逗逼科研更是有增無(wú)減,，甚至為他贏得了真正的諾貝爾獎(jiǎng),。
AG另一個(gè)牛B的研究，是發(fā)明了一種膠帶,。
嗯,，先別急，如果你知道這個(gè)膠帶的背景,，就知道這個(gè)發(fā)明有多腦洞了,。
在電影《諜中諜4》中，阿湯哥曾戴著一雙“壁虎手套”,，順著玻璃墻,，徒手攀爬世界*高樓——哈利法塔。
當(dāng)然,，這只是電影的一個(gè)橋段,，壁虎手套是人們想象出來(lái)的。但在自然界中,，壁虎爬墻的本事,，卻真的讓人類垂涎三尺。無(wú)論是粗糙的樹(shù)干,，還是光滑的玻璃,，壁虎都能行走如飛。壁虎為什么有如此神奇的本領(lǐng),？
原來(lái),，秘密就在壁虎的腳掌上。
人們?cè)?jīng)以為壁虎的腳掌能在各種材質(zhì)的墻壁上行走,，是由于粘液或腳掌上小吸盤的幫助,。但這些假設(shè)很快被實(shí)驗(yàn)推翻了。簡(jiǎn)單想一想就能明白,，如果壁虎是被粘液或吸盤牢牢地吸附在墻上,，它怎么能夠靈活地邁步呢？所以,，壁虎行走的迷題一直沒(méi)有很好的解釋,。
直至2000年,，美國(guó)科學(xué)家用電鏡放大觀察壁虎的腳掌，發(fā)現(xiàn)壁虎的腳掌充滿了無(wú)數(shù)小的毛狀物體,。由于這些物體比較硬,，又稱為“剛毛”。那些看似小鉤子一樣的剛毛末端,，實(shí)際上是開(kāi)叉的,，每根剛毛都分成了100-1000根更細(xì)的絨毛，這些絨毛的尺寸小到納米級(jí)品,。
因?yàn)檫@些絨毛如此之小,，以至于整體的表面積大大提高。極大的增加了壁虎腳掌的表面積,，特別是當(dāng)壁虎攀在那些粗糙的物體表面時(shí),，這些絨毛更能填滿那些細(xì)小的坑洼。
現(xiàn)在要說(shuō)的,，就是壁虎zui牛B的地方了,。它根本不是靠人們想像的宏觀條件下的力吸附。它依靠的是剛毛上的小絨毛,，與墻壁產(chǎn)生的范德華力——也就是說(shuō),，是它腳掌上的分子與墻壁分子間產(chǎn)生的力！
說(shuō)到范德華力,，是一種發(fā)生于分子與分子之間的吸引力,。下面的小實(shí)驗(yàn)可以讓你體會(huì)到范德華力的力量。
找兩本厚一點(diǎn)的書(shū),，是紙張薄軟一點(diǎn)的,，像洗牌一樣把兩本書(shū)的書(shū)頁(yè)一張壓一張的疊在一起。全部疊完后用手壓一壓,，然后分別抓住兩本書(shū)的書(shū)脊,，試試能把它們拉開(kāi)嗎？把兩本書(shū)“粘”在一起的力量,，就是范德華力,。
如果你沒(méi)有耐心把兩本書(shū)一頁(yè)一頁(yè)的交疊，也可以去買一部新手機(jī),。很多人都特別享受揭開(kāi)新手機(jī)屏幕保護(hù)膜的那個(gè)瞬間,，其實(shí)那層膜就是靠范德華力“粘”在手機(jī)屏幕上的。
相比讓原子構(gòu)成分子的那些作用力,，范德華力很小,，生活中我們往往不會(huì)在意到它的存在。但是這個(gè)很小，只是相對(duì)來(lái)說(shuō)的,。億萬(wàn)根這樣的絨毛足以產(chǎn)生巨大的吸引力,，從而可以使得壁虎爬上任何物體表面，甚至玻璃的天花板,。有科學(xué)家測(cè)算,，壁虎腳掌上剛毛產(chǎn)生的吸附力，可以達(dá)到其體重的50倍,。
聽(tīng)到這兒,，是不是覺(jué)得壁虎超級(jí)牛B。人類文明發(fā)展了上萬(wàn)年,，也就是近一,、兩百年，才開(kāi)始認(rèn)識(shí)到原子,、分子間力的作用。而壁虎,，則早已運(yùn)用分子間的范德華力吸附在墻上傲嬌幾百萬(wàn)年了,。
說(shuō)了這么多壁虎，該輪到我們的科研男神AG登場(chǎng)了,。
壁虎腳掌這么好玩的課題,，當(dāng)然不會(huì)逃脫AG的視線，他一時(shí)興起,，就想試試能否做出像壁虎腳掌一樣的膠帶,。這種膠帶zui大的優(yōu)勢(shì)是可以反復(fù)使用，而且吸附力強(qiáng)大,。未來(lái),，人類也可以像壁虎一樣自如攀爬高樓，《諜中諜4》中的鏡頭絕不是夢(mèng),。
于是,，他模擬壁虎腳掌的結(jié)構(gòu)，在一種高分子材料（聚酰亞胺）上進(jìn)行刻蝕,，制造出單個(gè)微突起直徑為500nm,，高2μm，以間隔1.6μm周期性排列的表面,。制作了一片小小的膠帶,。放大后，膠帶表面是這個(gè)樣子的（密集癥患者回避～～～）：
這種膠帶中每0.5平方厘米負(fù)重可達(dá)300克的物體,。如果要把一個(gè)人粘在墻上,，用一張A4紙大小的膠帶就足夠了。而且這種膠帶可反復(fù)使用，被稱為“壁虎膠帶”,。
這一次,，他還是不改逗逼本色，把蜘蛛人（模型）牢牢地粘在天花板上,。于是,。。,。世界媒體又沸騰了,。。,。這是人類為數(shù)不多地仿照動(dòng)物身體微觀結(jié)構(gòu),，制造出的神奇材料。
仿生材料學(xué),，自此進(jìn)入研究高潮,。
現(xiàn)在，*都對(duì)AG充滿了期待——他又會(huì)玩出什么讓人眼前一亮的科學(xué)成果呢,？
哦,，順便說(shuō)一句，受AG的啟發(fā),，美國(guó)的科學(xué)家們已經(jīng)真正地發(fā)明出了“壁虎面板”,。并且成功地攀爬上一面二十幾米高的高墻。,。,。是不是有種想立刻爬墻的沖動(dòng)？
關(guān)于壁虎手套的研究,，可以拍攝一部不亞于好萊塢科幻大片的科學(xué)紀(jì)錄片,。【漫科普】的小編改天再跟大家好好嘮一嘮這項(xiàng)研究,。,、
時(shí)間又到了2004年，這一年,，AG想玩一次大的,。
現(xiàn)代人類對(duì)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)已經(jīng)有了一個(gè)相對(duì)明確的認(rèn)知。如果從原子尺度觀察物質(zhì)結(jié)構(gòu),，原子們就是像搭樂(lè)高積木一樣構(gòu)建出我們這個(gè)千變成化的物質(zhì)世界,。
而在人們所認(rèn)知的結(jié)構(gòu)中，石墨是一個(gè)另類,。
石墨的晶體結(jié)構(gòu)是層狀的,，靠微弱的范德華力把相鄰的兩層貼合在一起,。層與層之間充斥著大量的電子，因此,，石墨是良好的導(dǎo)電體,。
而單個(gè)石墨層，則是碳原子與碳原子相互連結(jié)形成正六邊形,，并延伸成一張無(wú)限大的原子網(wǎng),。這張網(wǎng)上的原子連結(jié)的是如此結(jié)實(shí)，以致于這張網(wǎng)比鉆石還硬,。
有過(guò)削鉛筆經(jīng)驗(yàn)的小伙伴們都很清楚,，鉛筆中的石墨芯是很軟的，而且很容易就掰斷了,。用鉛筆書(shū)寫(xiě),，其實(shí)就是一個(gè)將芯上脫落的石墨顆粒留在紙面上過(guò)程。
這是因?yàn)槭噜彿肿訉诱澈系牧苋?。石墨層很容易發(fā)生相互移動(dòng)或剝離,。就像下面這幅圖示意的一樣。
隨著現(xiàn)代化科學(xué)儀器的不斷進(jìn)步,，人類研究的尺度也越來(lái)越小,。已經(jīng)進(jìn)入到納米、甚至更小的原子級(jí)別,。然而，盡管人們對(duì)石墨的結(jié)構(gòu)已有了*的認(rèn)識(shí),，甚至預(yù)言了單層的石墨可能會(huì)具有非常好的物理性質(zhì),。但如何把石墨不斷地磨薄，薄到只有一個(gè)原子的厚度,，這個(gè)世界難題還是讓所有的科學(xué)家們望而卻步了,。
甚至有些科學(xué)界的大牛們斷言，單層的石墨是不可能獨(dú)自存在的,！所有妄想做出單層石墨的人,，都是癡人說(shuō)夢(mèng)！
馬云的這句話很精辟：夢(mèng)想還是要有的,，萬(wàn)一實(shí)現(xiàn)了呢,？
于是，AG果斷地把一塊石墨遞給一個(gè)研究生：“去,，把它磨到zui?。?rdquo;
那個(gè)研究生當(dāng)時(shí)就暈菜了,。,。,。鐵杵磨成針已是*，你居然讓我磨到原子量級(jí),。,。。
于是這個(gè)研究生天天苦逼地磨石墨,，幾個(gè)月后,，已經(jīng)磨到zui薄，實(shí)在磨不下去了,。拿來(lái)一測(cè)量,，還有幾千個(gè)原子層厚，他絕望了,。,。。于是撒手不干,，老子不玩了,。
此路不通，AG只好再尋他途,。這時(shí),，他看到學(xué)生用透明膠帶貼在石墨表面，就問(wèn)學(xué)生為什么這么做,。學(xué)生說(shuō)膠帶可以把表面一層臟的石墨撕下來(lái),，再用干凈的表面來(lái)磨。
瞬間,，AG的腦洞亮了,。他把撕后的膠帶放到顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)膠帶上的石墨厚度比那個(gè)研究生辛苦磨出來(lái)的石墨片薄多了,，有些甚至只有幾十個(gè)原子層厚,。
撕！,！下?。?lái)??！
撕！,！下?。?lái)??！
撕?。∠拢,?！來(lái)??！
重要的事情說(shuō)3遍,。
于是，*zui簡(jiǎn)單粗暴,，駭人聽(tīng)聞的科學(xué)實(shí)驗(yàn)誕生了,！AG真的反復(fù)用透明膠帶粘在石墨上，然后一遍又一遍地撕膠布,，直到膠帶上的石墨越來(lái)越薄,，直至一個(gè)原子的厚度，也就是獲得了單層的石墨,，又被稱為——石墨烯,。
在石墨烯中，六邊形的原子結(jié)構(gòu)清晰可見(jiàn)
大家應(yīng)該都有過(guò)用膠帶粘紙上的錯(cuò)字的經(jīng)歷,。而AG制備單層石墨烯的過(guò)程與之類似,。
AG再次向世人證明，解決具有挑戰(zhàn)性的科學(xué)問(wèn)題,，往往不需要用高深的理論或復(fù)雜的儀器,，需要的，更多地是人們對(duì)日常生活細(xì)致的觀察與靈活地運(yùn)用,。
面對(duì)用透明膠帶撕出來(lái)的石墨烯,，*的科學(xué)家毫無(wú)保留地獻(xiàn)出了他們的膝蓋。
擁有搞笑諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的逗逼之神AG,，因?yàn)樽龀鍪┎y(cè)試了相關(guān)的物理性能，獲得了2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),。這一次,，是貨真價(jià)實(shí)的諾貝爾獎(jiǎng)。
關(guān)于石墨烯,，再啰嗦幾句,。有人把石墨烯喻為人類在21世紀(jì)zui重要的材料。石墨烯導(dǎo)電性*,，而且?guī)缀跬该?。未?lái)幾年將運(yùn)用到手機(jī)屏中。
而且石墨烯強(qiáng)度*,，鋼鐵等材料,。已經(jīng)有人腦洞大開(kāi),，準(zhǔn)備未來(lái)用石墨烯修建通往太空的軌道。
AG的故事還遠(yuǎn)沒(méi)有結(jié)束,，*的人都在盯著他,，未來(lái)，他又會(huì)帶給我們?cè)鯓拥哪X洞與歡樂(lè)呢,？
評(píng)：不要小看任何一個(gè)富有想象力的人,！
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