2010年10月17日星期日

石墨烯与防毒乳罩


科学开不得半点玩笑?那是对智商、想象力或预算有限者而言。

世界顶尖物理学家发现具有革命意义的新材料,需要什么样的高精尖试验设备?强子对撞机、粒子加速器?

说世界顶尖一点没水分。英国曼彻斯特大学的物理学家海姆(Andre Geim)和诺夫赛洛夫(Konstantin Novoselov)上周刚摘取2010年诺贝尔物理学桂冠。

说具有革命意义一点不夸张。他们发现的超薄碳物质石墨烯(graphene)是已知最薄最坚硬的物质,它只有一个碳原子的厚度,柔软却比钢还硬,透明却有超级的导电导热功能。

它的奇妙只能用量子物理学来描绘,它的应用潜力不可限量。 


胶带其实并不特别粘

他们使用的“设备”?透明胶带。操作过程简单的近乎枯燥。用透明胶带粘住石墨薄片,撕开胶带就剥离出一层,不断重复这一过程,最终得到只有一个碳原子厚度的石墨烯。一毫米厚的石墨薄片中有三百万层石墨烯。

或许是石墨烯的神奇与透明胶带的普通反差太大了,我看到中国一家媒体在报道这一消息时说,他们用的是一种黏着力超强的“特殊胶带”。

胶带其实并不特殊。不寻常的是海姆天马行空的想象力和创造性。总结他的试验,海姆说:“我们就是误打误撞的乱试。有时碰对了,有时碰错了。”

偶然之中包含着必然。“异想天开”的背后是没有束缚的探索精神。海姆的“乱试”(try crazy things)在同行中是有名的。他曾成功地用强磁场把青蛙悬浮在空中,并以此荣获2000年的“搞笑诺贝尔奖”( ig Nobel)。诺贝尔奖评审委员会证实,海姆是迄今唯一既获得诺贝尔奖又获得“搞笑诺贝尔奖”的个人。
 
乳罩您自己留着吧,我有口罩

“搞笑诺贝尔奖”在科学家眼里,虽没有诺贝尔奖的至尊,却也是难得的荣耀。它由美国哈佛大学和科学幽默杂志《不大可能的研究》共同主办,在每年的诺贝尔奖颁奖前一周揭晓,由真正的诺贝尔奖得主给“搞笑诺贝尔奖”获得者颁奖。

之所以称为“不大可能的研究”(improbable research),顾名思义,真有人搞这样的研究?开什么玩笑,不大可能吧。举两个例子:

英国基尔大学(Keele University)的心理学家史蒂芬斯(Dr Richard Stephens)让64名学生把双手伸进盛满刺骨冰水的水桶里。如果让学生破口大骂,满嘴喷粪,他们能忍耐两分钟;如果让学生文绉绉的描述一张桌子的形 状,他们的双手在冰水中只能坚持1分15秒。

史蒂芬斯的研究证明了一个老百姓的说法:破口大骂可以减轻痛感、让人觉得好受点。他以此获得了2010年“搞笑诺贝尔奖”的和平奖。

美国芝加哥大学的波德纳(Dr Elena Bodnar)和她的同事设计出一种乳罩,可以迅速的改成两个防毒气面罩,一个自己戴,一个送给旁边的人。她的发明获得了2009年“搞笑诺贝尔奖”的公共健康奖。

“乳罩防毒面具”当乳罩戴着是否舒服、当防毒面具是否有效尚且不论,如果真碰上毒气袭击,看着身边的女士纷纷解下乳罩,愣神的功夫恐怕早已被毒气熏晕了。

But that’s not the point! 乳罩当防毒面具的实用性或许有限,但恐怖分子在公共场所制造毒气、化学恐怖袭击的威胁实实在在的今天,“乳罩防毒面具”给人的启示作用还是有实际意义的。

这也正是“搞笑诺贝尔奖”的宗旨和目的——“first make people laugh and then make them think 先引人发笑,笑过之后再引人思考”。
 
甭试了,猴子写不出莎士比亚全集

但是,看看今天不断涌现的各类标新立异的研究报告,往往是让人觉得好笑,笑完了想想,觉得更可笑,简直是荒唐。再举个例子。

听说过“无限猴子理论”(Infinite Monkey Theory)吗?就是假设有无限数量的猴子,给予其无穷的时间,在无限数量的打字机上敲打,总有一天会敲出一部莎士比亚全集来。

英国普雷茅斯大学(Plymouth University)的科学家勇敢的将这一理论付诸实践。不过,他们没有无穷的猴子,只有6只,共用一部打字机。没想到猴子们对打字机的用途显然缺乏认 识,用石头砸,尿浇,很快把打字机搞坏了,倒是省去了“无穷时间”的麻烦。猴子偶尔敲出的最多的一个字母是“s”。

试验得出的结论:假设前提不成立。

搞笑?哭都来不及!

猴子不可教也!大家哈哈一笑倒也罢了。英格兰艺术委员会(Arts Council England)2000英镑的拨款跟着打了水漂,有人就笑不起来了。

在经济危机加剧,科研经费锱铢必较的气候下,是否还有闲钱搞这类看似不着边际的研究?有人就有意见了。

工党政府下台前推出了一个所谓的“研究质量框架”(Research Excellence Framework),发誓要根除“无聊”的研究。它要求学者们要证明他们要进行的研究能对经济、社会、政策制定产生影响,有切实的作用,才能指望申请到科研经费。

这恐怕是外行领导内行的典型结果。科学发展历程一再证明,具有划时代意义的重大突破、发现往往是意外的 结果。没有“无聊”的“乱试”,爱迪生就不会有那么多的发明。如果科研被市场左右,今天的许多男人恐怕还在为不能做真正的男人痛苦,因为“伟哥” (Viagra)并不是研究壮阳药的结果,而是治疗心脏病的实验中意外的收获。

好在“质量研究框架”还没搭起来,工党政府就下台了。不过,新的联合政府是举着砍刀上台的,高校的科研经费面临大幅削减,还能有多少“搞笑”的钱?让科学家们实在笑不起来。

海姆在获得诺贝尔奖后,与另外7位自1996年以来英国的或以英国为研究基地的诺贝尔奖获得者联名签署公开信,警告政府,削减科研经费将限制科学实验的空间,逼迫优秀的科学家离开英国,或难以吸引优秀科学家到英国来。

我想以诺贝尔评审委员会给海姆和诺夫赛洛夫的获奖评语作为文章的总结:“开玩笑(playfulness)是他们的标志。他们手上有了搭积木的方块,他们就想创造出新东西,有时候甚至是通过让大脑信马由缰来实现的”。

摘自BBC中文网 
 
石墨烯(Graphene),又稱單層石墨,是一種由碳原子以sp2混成軌域組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一個碳原子厚度的二維材料。

石墨烯一直被認為是假設性的結構,無法單獨穩定存在,直至2004年,英国曼彻斯特大学物理學家安德烈·海姆康斯坦丁·諾沃肖洛夫,成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯,而證實它可以單獨存在,兩人也因「在二维石墨烯材料的開創性實驗」為由,共同獲得2010年诺贝尔物理学奖的桂冠。

石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅硬的奈米材料,它幾乎是完全透明的,只吸收2.3%的光";導熱系數高達5300 W/m·K,高於奈米碳管和金鋼石,常溫下其電子遷移率*超過15000 cm2/V·s,又比奈米碳管或矽晶體*高,而電阻率只約10-6 Ω·cm,比銅或銀更低,為目前世上電阻率最小的材料[1]。因為它的電阻率極低,電子跑的速度極快,因此被期待可用來發展出更薄、導電速度更快的新一代電子元件或電晶體。由於石墨烯實質上是一種透明、良好的導體,也適合用來製造透明觸控螢幕、光板、甚至是太陽能電池。

石墨烯另一個特性,是能夠在常溫下觀察到量子霍爾效應

关于石墨烯的详细资料可以看看维基百科

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