撕膠帶撕出的開掛人生！諾獎得主安德烈·海姆走進浙大，講述石墨烯的故事
石墨烯將取代硅，為世界電子科技開創一個嶄新的時代！
石墨烯手機充電時間只需5秒，電池就滿檔，可以連續使用半個月！
石墨烯電池只需充電10分鐘，環保節能汽車就有可能行駛1000公里！
這麼神奇的石墨烯到底是什麼東西？
石墨烯是世界上最薄、最硬的材料，於2004年問世,發現石墨烯的英國曼徹斯特科學家安德烈·海姆（Andre Geim，AG）和康斯坦丁·諾沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）憑藉著這一發現獲得2010年諾貝爾物理學獎。
「石墨烯雖然現在已不是一個新詞，但它將不斷帶給我們新驚喜。」9月20日下午，在浙江大學的報告台上，2010年諾貝爾物理學獎獲得者、英國曼徹斯特大學介觀科學與納米技術中心主任安德烈·海姆和數百名浙大師生們分享了石墨烯的發現過程，並表達了他對石墨烯科研和應用前景的強烈信心。
（攝影 盧紹慶）
這次報告會是浙江大學迎接120周年校慶重要活動「學術大師大講堂」系列講座之一。海姆是繼馬斯金、莫言、克萊齊奧等人後，又一位走進浙江大學的諾貝爾獎得主。現場他還正式受聘為浙大名譽教授。
可以彎曲，可以摺疊，又不易碎的手機是石墨烯開發應用的一個例子。除此之外，它還可以應用於鋰電池導電添加劑、石墨烯改性防腐塗料等領域。
石墨烯的發現有多重要？在海姆開始做報告之前，浙江大學高分子系教授高超先給在座觀眾做了一次「科普」：「歷史學家根據人類使用的材料，將人類歷史劃分為為『石器時代』、『青銅時代』、『鐵器時代』、『信息時代』（即『硅時代』）等等。石墨烯作為碳的一種特殊形態被發現，或許為人類開啟了邁向『碳時代』大門的可能性。」
（攝影 盧紹慶）
以上是海姆來浙大參與活動的記錄哦。究竟他的發明與發現有多有趣，小編找到一些素材與大家共享，帶你一起看看海姆如何撕著膠帶走上人生巔峰～
安德烈·海姆（Andre Geim），他的科學才華無與倫比。在他的眼中，科研是一個滿足自己好奇心的遊戲。並且在十幾年的時間中，玩耍出了很多驚世駭俗的科學成果，讓所有苦行僧一樣的科研狗們羨慕不己。
他神一般的存在，只為證明一個真理：好奇心才是科學的第一推動力！！！
事實證明，海姆可能是所有諾貝爾獎獲得者中，最具搞笑氣質的獲獎者了。
一個偶然的機會，海姆成為荷蘭一所大學的副教授。為了能專心做科研，不再為五斗米奔波，他選擇加入荷蘭國藉。吃飯問題解決後，他那被雪藏已久的逗B氣質，漸漸地蘇醒了，有如黃河泛濫，一發不可收拾。
他所在的實驗室中，有一台能產生20特斯拉的超導磁鐵，幾乎是人類製造出的最強磁場。嗯……這個怎麼形容呢，就是比我們日常見到的電磁鐵磁性強幾十甚至上百倍吧。如果在這樣的磁場周邊放上刀叉之類的鐵器，估計會馬上變成小李飛刀。
然後，海姆打起了這台超導磁鐵設備的主意。
磁學有一個特別有意思的特性，就是當物體在磁場中運動時，物體中會產生與運動方向相反的力，抵抗物體的運動。所有的物質都有抗磁性，也就是會抗拒被磁場磁化。只不過有些物質的順磁性或鐵磁性太強，如磁鐵，將抗磁性掩蓋了，從而表現出磁性。另外，由於抗磁性係數不同，產生的斥力大小相差也很大。
那麼，磁學的這一個特性，有什麼好玩的地方呢？看看下面令人大開眼界的動圖。
這個有趣的現象又被稱為「羽落術」。這裡使用了一塊釹磁鐵和一隻粗銅管。釹磁鐵產生磁場，而銅是優良的抗磁性物質。運動的磁場與銅管相互作用，銅內產生感應電流，通過電磁作用產生向上的斥力阻礙了釹磁鐵下落。從而，產生畫面中重物在空氣中緩慢下落的神奇效果！
嗯，我們期待已久的海姆終於要登場了。吃飽喝足後，他的搞笑創造力，絕對可以在科學史上寫下濃墨重彩的一筆。
於是，他搞笑地往20特斯拉的磁場中倒水……沒錯，就是倒！！！！水！！！！
上帝的秘密就這樣被海姆發現了。一滴渾圓的水滴，像失去了重力一樣懸浮在磁場中。它就在那裡，不上不下，不悲不喜，不離不棄。
水為什麼會懸浮在磁場中呢？其實，水分子也具有抗磁性，只不過非常小，如果是一般的磁場，產生的斥力與水滴受到的重力相比，完全可以忽略不計。但海姆所用的磁場是如此之強，足以使水滴克服地球重力懸浮起來。
當然，作為一個被壓抑了多年的科學工作者來說，海姆絕不會滿足於把一滴水懸浮在空中，因為那樣太不夠了！！
生物體內絕大多數都是水份，而且，蛋白質等也是抗磁性的。問題來了：生物如果在強磁場中，會像水滴一樣懸浮起來嗎？
於是，他把活的生物體也扔到了那個威力巨大的強磁場中。其中，最搞笑的是一隻青蛙。
當青蛙被放到磁場中，青蛙的每個原子都像一個小磁針，外界磁場對這些小磁針作用的結果產生了向上的力，如果磁場的強度適當，這力與青蛙受的重力達到平衡，它們就能懸在空中。懸浮的青蛙，也為海姆贏得了2000年的搞笑諾貝爾物理學獎。
這隻青蛙，大概是第一個沒有受外力作用，比如氣流等，而能夠在地球上懸浮的活體生物了。
嗯，說到這裡，大家肯定自然而然地會想到，人體是否也能懸浮在磁場中。從理論上說，是完全沒有問題的。利用抗磁原理，只要用足夠強的磁場，經過周密的設計，將來就有可能使人體在磁場中懸浮起來。
海姆搞笑的本色並未就此停止，他後來做的一系列搞笑科研更是有增無減，甚至為他贏得了真正的諾貝爾獎。
海姆另一個厲害的研究，是發明了一種膠帶。
嗯，先別急，如果你知道這個膠帶的背景，就知道這個發明有多腦洞了。
在電影《諜中諜4》中，阿湯哥曾戴著一雙「壁虎手套」，順著玻璃牆，徒手攀爬世界第一高樓——哈利法塔。
當然，這只是電影的一個橋段，壁虎手套是人們想像出來的。但在自然界中，壁虎爬牆的本事，卻真的讓人類垂涎三尺。無論是粗糙的樹榦，還是光滑的玻璃，壁虎都能行走如飛。壁虎為什麼有如此神奇的本領？
原來，秘密就在壁虎的腳掌上。
人們曾經以為壁虎的腳掌能在各種材質的牆壁上行走，是由於粘液或腳掌上小吸盤的幫助。但這些假設很快被實驗推翻了。簡單想一想就能明白，如果壁虎是被粘液或吸盤牢牢地吸附在牆上，它怎麼能夠靈活地邁步呢？所以，壁虎行走的迷題一直沒有很好的解釋。
直至2000年，美國科學家用電鏡放大觀察壁虎的腳掌，發現壁虎的腳掌充滿了無數小的毛狀物體。由於這些物體比較硬，又稱為「剛毛」。那些看似小鉤子一樣的剛毛末端，實際上是開叉的，每根剛毛都分成了100-1000根更細的絨毛，這些絨毛的尺寸小到納米級品。
因為這些絨毛如此之小，以至於整體的表面積大大提高。極大的增加了壁虎腳掌的表面積，特別是當壁虎攀在那些粗糙的物體表面時，這些絨毛更能填滿那些細小的坑窪。
現在要說的，就是壁虎最厲害的地方了。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，與牆壁產生的范德華力——也就是說，是它腳掌上的分子與牆壁分子間產生的力！
說到范德華力，是一種發生於分子與分子之間的吸引力。下面的小實驗可以讓你體會到范德華力的力量。
找兩本厚一點的書，最好是紙張薄軟一點的，像洗撲克牌一樣把兩本書的書頁一張壓一張的疊在一起。全部疊完後用手壓一壓，然後分別抓住兩本書的書脊，試試能把它們拉開嗎？把兩本書「粘」在一起的力量，就是范德華力。
如果你沒有耐心把兩本書一頁一頁的交疊，也可以去買一部新手機。很多人都特別享受揭開新手機屏幕保護膜的那個瞬間，其實那層膜就是靠范德華力「粘」在手機屏幕上的。
相比讓原子構成分子的那些作用力，范德華力很小，生活中我們往往不會在意到它的存在。但是這個很小，只是相對來說的。億萬根這樣的絨毛足以產生巨大的吸引力，從而可以使得壁虎爬上任何物體表面，甚至玻璃的天花板。有科學家測算，壁虎腳掌上剛毛產生的吸附力，可以達到其體重的50倍。
聽到這兒，是不是覺得壁虎超級厲害。人類文明發展了上萬年，也就是近一、兩百年，才開始認識到原子、分子間力的作用。而壁虎，則早已運用分子間的范德華力吸附在牆上傲嬌幾百萬年了。
說了這麼多壁虎，該輪到我們的科研男神海姆登場了。
壁虎腳掌這麼好玩的課題，當然不會逃脫海姆的視線，他一時興起，就想試試能否做出像壁虎腳掌一樣的膠帶。這種膠帶最大的優勢是可以反覆使用，而且吸附力強大。未來，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。
於是，他模擬壁虎腳掌的結構，在一種高分子材料（聚醯亞胺）上進行刻蝕，製造出單個微突起直徑為500nm，高2μm，以間隔1.6μm周期性排列的表面。製作了一片小小的膠帶。放大後，膠帶表面是這個樣子的（密集症患者迴避～～～）
這種膠帶中每0.5平方厘米負重可達300克的物體。如果要把一個人粘在牆上，用一張A4紙大小的膠帶就足夠了。而且這種膠帶可反覆使用，被稱為「壁虎膠帶」。
這一次，他還是不改搞笑本色，把蜘蛛人（模型）牢牢地粘在天花板上。於是……世界媒體又沸騰了……這是人類為數不多地仿照動物身體微觀結構，製造出的神奇材料。
仿生材料學，自此進入研究高潮。
現在，全世界都對海姆充滿了期待——他又會玩出什麼讓人眼前一亮的科學成果呢？
哦，順便說一句，受海姆的啟發，美國的科學家們已經真正地發明出了「壁虎面板」。並且成功地攀爬上一面二十幾米高的高牆。是不是有種想立刻爬牆的衝動？
關於壁虎手套的研究，絕對可以拍攝一部不亞於好萊塢科幻大片的科學紀錄片。
時間又到了2004年，這一年，海姆想玩一次大的。
現代人類對於物質結構已經有了一個相對明確的認知。如果從原子尺度觀察物質結構，原子們就是像搭樂高積木一樣構建出我們這個千變成化的物質世界。
而在人們所認知的結構中，石墨絕對是一個另類。
石墨的晶體結構是層狀的，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，石墨是良好的導電體。
而單個石墨層，則是碳原子與碳原子相互連結形成正六邊形，並延伸成一張無限大的原子網。這張網上的原子連結的是如此結實，以致於這張網比鑽石還硬。
有過削鉛筆經驗的小夥伴們都很清楚，鉛筆中的石墨芯是很軟的，而且很容易就掰斷了。用鉛筆書寫，其實就是一個將芯上脫落的石墨顆粒留在紙面上過程。
這是因為石墨相鄰分子層粘合的力很弱。石墨層很容易發生相互移動或剝離。就像下面這幅圖示意的一樣。
隨著現代化科學儀器的不斷進步，人類研究的尺度也越來越小。已經進入到納米、甚至更小的原子級別。然而，儘管人們對石墨的結構已有了完全的認識，甚至預言了單層的石墨可能會具有非常好的物理性質。但如何把石墨不斷地磨薄，薄到只有一個原子的厚度，這個世界難題還是讓所有的科學家們望而卻步了。
甚至有些科學界的大牛們斷言，單層的石墨是不可能獨自存在的！所有妄想做出單層石墨的人，都是痴人說夢！
可是，海姆果斷地把一塊石墨遞給一個研究生：「去，把它磨到最薄！」
那個研究生當時就暈菜了，鐵杵磨成針已是極致，你居然讓我磨到原子量級……
於是這個研究生天天辛苦地磨石墨，幾個月後，已經磨到最薄，實在磨不下去了。拿來一測量，還有幾千個原子層厚，他絕望了。於是撒手不幹，不玩了。
此路不通，海姆只好再尋他途。這時，他看到學生用透明膠帶貼在石墨表面，就問學生為什麼這麼做。學生說膠帶可以把表面一層髒的石墨撕下來，再用乾淨的表面來磨。
瞬間，海姆的腦洞亮了。他把撕後的膠帶放到顯微鏡下觀察，發現膠帶上的石墨厚度比那個研究生辛苦磨出來的石墨片薄多了，有些甚至只有幾十個原子層厚。
撕！！下！！來！！
撕！！下！！來！！
撕！！下！！來！！
重要的事情說3遍。
於是，史上最簡單粗暴，駭人聽聞的科學實驗誕生了！海姆真的反覆用透明膠帶粘在石墨上，然後一遍又一遍地撕膠布，直到膠帶上的石墨越來越薄，直至一個原子的厚度，也就是獲得了單層的石墨，又被稱為——石墨烯。
在石墨烯中，六邊形的原子結構清晰可見。
大家應該都有過用膠帶粘紙上的錯字的經歷。而海姆製備單層石墨烯的過程與之類似。
海姆再次向世人證明，解決具有挑戰性的科學問題，往往不需要用高深的理論或複雜的儀器，需要的，更多地是人們對日常生活細緻的觀察與靈活地運用。
面對用透明膠帶撕出來的石墨烯，全世界的科學家毫無保留地獻出了他們的膝蓋。
擁有搞笑諾貝爾物理學獎的搞笑之神海姆，因為率先做出石墨烯並測試了相關的物理性能，獲得了2010年諾貝爾物理學獎。這一次，是貨真價實的諾貝爾獎。
安德烈·海姆是寓科研於娛樂的人，也許就是這樣，他才能開闢出不同尋常的石墨烯發現之旅。
內容整合自：浙江日報、漫科普（解讀內容僅供參考）
作者：浙江日報 嚴莉莉通訊員：周煒
今日編輯：王文靖
出書啦！浙江大學再出一批文科高水平學術著作
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