石墨烯玩出来的诺贝尔奖
2020-05-26
石墨烯是世界上目前已知的最薄、最强韧、导电性能最好的纳米材料,它还特别柔软。有人说石墨烯这种从碳化身而来的材料是“神仙造出来的”。这当然是句玩笑话,石墨烯不是神仙造出来的,而是发现者“玩”出来的。
璀璨的钻石是碳,而且是纯净的碳。钻石是制成珠宝后的名字,而加工前的原料叫金刚石。金刚石坚硬无比、不导电、无色透明、有极高的透光率,只要一点光照上去,就熠熠生辉。金刚石在地球上非常稀少,因而制成的钻石也价格不菲。
碳还有另一种截然不同的呈现形式:不怎么硬、导电、黑色不透明,泛着金属光泽,却是地地道道的非金属物质。这就是石墨。我们熟悉的铅笔芯就是用石墨做成的。不怎么硬吧?它软到轻轻在纸上一涂,就掉下一层来。显然石墨并不稀有,多着呢,铅笔不是很便宜吗?
金刚石和石墨都是由一个个碳原子组成的,但它们的碳原子排列队形完全不一样。这个队形不是平面上的,而是立体上的三维队形。像金刚石和石墨这样,由同一种原子组成,因为原子排列的空间结构不同而具有不同性质的,叫作同素异形体。碳有3种同素异形体,分别是金刚石、石墨和富勒烯。
石墨的结构酷似蜂房。6个碳原子组成一个正六边形;一个又一个的正六边形连在一起,组成一个石墨层;层又一层的石墨层摞在一起,形成石墨晶体。在每一个六边形的内部,碳原子之间的结合力还是蛮强的,但层与层之间的结合力就比较弱了,所以石墨很软。
对此,英国曼彻斯特大学的一位物理学教授不满足,他竟然想从一层一层摞在一起的石墨上“片”下一个单层来。天呐!我们只见过片烤鸭,他为什么想“片”石墨呢?因为单层石墨是一种全新的物质。一旦从石墨晶体上“片””下这么一片单层来,就会像变魔术一样发生不可思议的变化。
这位想“片”石墨的教授叫安德烈.海姆。2010年,他因发现石墨烯而与搭档分享了诺贝尔物理学奖。从某种意义上说,这不是海姆获得的第一个诺贝尔奖,因为此前他还得过一次搞笑诺贝尔奖。诺贝尔奖是全球最负盛名的国际大奖,那搞笑诺贝尔奖是什么呢?
搞笑诺贝尔奖是由美国《科学幽默》杂志推出的,每年9月,在诺贝尔奖公布前一至两周举行颁奖仪式。搞笑诺贝尔奖评委中有真正的诺贝尔奖得主,旨在选出那些“乍看之下令人发笑,之后发人深省”的科学研究。每年的搞笑诺贝尔奖都会出现一些很“奇葩”的发现,比如狗身上的跳蚤比猫身上的跳蚤跳得更高;还有一些腦洞超级大的发明和设想,比如会逃跑的闹钟,只有找到它才会停止闹铃声。
相比之下,海姆获得搞笑诺贝尔奖的事迹就显得“优雅”多了他利用磁悬浮技术使一只青蛙稳定地悬浮起来。通过这个实验,他证明,在一定条件下,生命体也可以摆脱地球引力悬浮麻在空中。也许有朝一日,“凌波微步”不是梦,拍戏不用吊威亚,人类可以悬浮在磁场中。真要是那样的话,这个世界会变成什么样呢?可能武侠电影就没什么人看了,因为个个都会飞檐走壁。
如此会“搞笑”的海姆,他发现石墨烯的过程也有点“没正形”。他采用的方式居然是把磨到最薄的石墨贴到特别的胶带纸上,上面再对贴一张胶带纸,压紧,最后把两张胶带纸撕开。“刺啦”一声,两张胶带纸上都粘了一部分石墨。显然,两张胶带纸上的石墨,都比最开始的那片要薄。就这样,粘上、撕开……刺啦,刺啦……搞定!
这样也行?没有高精尖的仪器,没有废寝忘食的工作,没有经历无数次失败的励志故事,手撕”胶带居然就成功了。这,……太不“科学”了!其实,这很科学。在科学中,最宝贵的是探究世界的好奇心和不同寻常的想象力,以及持之以恒的兴趣。谁说不能“玩”出一个诺贝尔奖呢?
本文选自湖南少年儿童出版社《孩子也能懂的诺贝尔奖.藏在太阳里的诺贝尔奖》(有删节)。书如其名,生动的语言,逗趣的插画,小读者也能领略诺奖的精彩。