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漫谈2010年度诺贝尔物理学获奖项目石墨烯（二）

断章师爷
[个人文集]

加入时间: 2009/08/25
文章: 615

经验值: 27036

标题: 漫谈2010年度诺贝尔物理学获奖项目石墨烯（二） (686 reads) 时间: 2010-12-27 周一, 下午2:53

作者：断章师爷 在驴鸣镇发贴, 来自 http://www.hjclub.org

漫谈2010年度诺贝尔物理学获奖项目石墨烯（二）
断章师爷

接下去，想花些篇幅谈谈石墨烯的发现简史。

从本质上看，石墨烯是从石墨分离出来的单原子层平面。这样说来，自从上世纪初英国的W.H.Bragg 父子创立X射线晶体分析以来，人们就已经开始了对于石墨烯的研究。1918年，德国化学家V.Kohlschütter 和 P.Haenni就在《无机和普通化学杂志》（ZAAC）发表了一篇题为《关注石墨碳和石墨酸》的文章，详细地介绍了石墨氧化物纸（一种层数不多的石墨材料）的性质。1948年，奥地利的实验物理学家G.Ruess 和 F.Vogt发表了用透射电子显微镜（TEM）拍摄到的少层石墨（层数大约在3层至10层之间的石墨烯）图像。现已退休的慕尼黑大学无机化学研究所主任H.P.Boehm教授从60年代起就开始系统地研究石墨薄层的表面和吸附性能。石墨烯这个名词就是他1994年发表在《纯粹和应用化学期刊》（P&AC）上的一篇题为《插层石墨化合物的命名和术语》的文章里首先提出来的，因此材料学界都尊Boehm 为开拓石墨烯领域的先驱。回顾石墨烯的发现和制备，可谓道途艰难。曾经尝试过的制备方法计有化学剥离、化学气相沉积、碳化硅表面外延生长、金属表面生长、氧化减薄、肼还原以及乙氧鈉裂解等各种物理和化学手段。但是都不很理想，不同程度存在着这样或者那样的问题。

直到2004年英国曼彻斯特大学的A.K.Geim和K.S.Novoselov使用了一种称为微观机械解理的方法，才制得了厚度只有一个原子层的石墨烯。这种方法说白了就是用普通的胶带粘住石墨薄片的两侧，撕开胶带，薄片也随之一分为二。不断重复这一过程，就可以得到越来越薄的石墨薄片，而其中部分样品仅由一层碳原子构成。所以这种方法也简称为苏格兰法（Scotch,这是因为他们使用注册商标为Scotch的胶带）。使用上述胶带撕裂的方法，把最后得到的胶带放在溶剂中，待胶带溶解后，再将石墨烯单层搁置在一种作为基底的二氧化硅片上，试样就制得了。这是因为二氧化硅片在电性上与石墨烯是彼此绝缘的，二氧化硅中的硅可以作为电极来改变石墨烯层的电荷密度。

电视上曾经播放过一段BBC在曼彻斯特大学的细观科学和纳米技术中心实验室采访A.K.Geim的新闻。Geim用铅笔在纸上信笔画了一连串邻边相接的六边形，随手扯了一段胶带贴在这些六边形上并撕下来，胶带上留有铅笔（石墨）的印痕；他又扯了第二段胶带贴在第一段胶带上并撕下来，第二段胶带上也留有铅笔（石墨）的印痕；…… 重复多次后，Geim说了句：“最后我们就这样得到了它，Bingo!”并且笑嘻嘻地面对镜头做了个“V”的手势。因为这样多次重复下去，最后留在胶带上的铅笔（石墨烯）印痕的厚度仅仅为一个原子。二维的石墨烯晶体居然通过这种游戏般的途径制备出来了，真是大巧若拙呵!

看着Geim重复撕裂胶带的过程，我随即联想起庄子在《逍遥游》中所说的“一尺之棰，日取其半，万世不竭”。胸中不禁涌现出一股爱国主义的情怀，脑中开始酝酿是否写一篇“论世界上最新的物理学成果石墨烯源于我国先秦时期的哲学思想”这样的宏文出来。然后么，我可以巧妙地运用起、承、转、合的手法自然地联系到太祖当年的高瞻远瞩：“以哲学的观点来说，物质是无限可分的。质子、中子、电子也应该是可分的。一分为二，对立统一嘛！”正当我联翩起舞般地谱写着畅想曲时，猛然想到，不对呀!这种胶带的粘滞力似乎还不足以强到把厚度只有一个原子层的石墨烯继续无限地“一分为二”下去。这样一想，方才升腾而起的那股豪放之情顿时被一团莫名其妙的壅滞之气取代。懊丧之余真想仿效阿Q先生的未庄口音甩出一句国骂：“妈妈的Scotch!”

看到这儿，读者诸公且慢郁闷，还有一段更加令我们炎黄子孙气短的bad news呢!且说2008年8月路透社旗下《ScienceWatch》网站的记者采访Geim时，他说：“让我告诉你一个美妙的故事。我曾经有一个来自中国的博士生。我买了一大块高度定向的裂解石墨，就是称为HOPG（highly oriented pyralytic graphite）的，让他磨得尽可能的薄。那时我给他一台非常好的抛光机。三个星期后，他回来了，说已经成功。他递给我一个玻璃皿，底部盛着一点很薄的石墨。我放在显微镜下观察，看到它大约有10个微米，可能有1000层。我问他：‘你能把它磨得再薄一点吗？’他说需要另一块石墨，一块这种高度定向的裂解石墨得花300美元。我向他解释‘你不必磨掉整块石墨’，我必须承认当时的口气不太礼貌。中国博士生用同样的口吻回敬了我一句：‘如果你这么聪明，那你就自己去试试看。’（If you’re so clever, try to do it yourself.）这是一个转折点，于是我决定使用胶带 ……”一只已经煮得半熟的鸭子，眼睁睁地看着它飞掉，天下还有比这位中国博士生更倒霉的苦人儿吗？自然，我更为我们伟大的祖国与诺贝尔物理学奖对面错过而感到由衷的惋惜。不过这会即使阿Q先生在我身边，估计他也骂不出口了，该骂的是谁呢？!

算了，这等有伤国人感情的糗事不提也罢。换条有趣的消息调节一下神经。自从10月5日瑞典皇家科学院在新闻公报中披露2010年度的物理学奖颁发给A.K.Geim和K.S.Novoselov以后，最热闹的一条新闻就是11月17日位于美国亚特兰大的乔治亚理工学院物理系的Walt de Heer教授在网络上发表了一封公开信，对于诺贝尔奖金委员会颁发2010年度的物理学奖一事提出了质疑。他在信中罗列了瑞典皇家科学院《关于诺贝尔物理学奖的评审意见文件》（诺委会的评审过程从来是黑箱操作，但是瑞典皇家科学院在颁布评奖的新闻公报的同时会在他们的媒体上公布与评审结果的科学背景有关的文件，下面简称《文件》）中存在的一系列错误。例如de Heer指出了A.K.Geim和K.S.Novoselov一直到2005年才报导了他们对于单层石墨烯的测定结果，而他本人领导的乔治亚理工学院物理系外延石墨烯实验室则在2004年发表的一篇文章中，已经对于他们制备的单层石墨烯试样进行了测定。此外，他还指出了《文件》提及“A.K.Geim和K.S.Novoselov于2004年发表在《Science》上的一篇文章被广泛引用，激励了该领域的发展”，《文件》中写的标题是“石墨烯的电子性质”，然而《文件》中引用的数据实际上来自若干层的石墨烯堆聚而成的试样，这种试样的材料是石墨而不是石墨烯。众所周知，石墨和石墨烯的电子性能完全不同。《文件》中存在着诸如此类的错误，不一而足。因此de Heer在信中尖锐地批评诺委会“没有做好它的功课”。此外de Heer还在一篇题为《石墨烯电子性能的早期发展》的综述文章中对于该领域的早期研究进行了详细的回顾，引用了137篇相关的文献与瑞典皇家科学院的《文件》进行对照。11月18日《NatureNews》网站贴出了一篇文章《诺贝尔评奖委员会遭到非难》披露了Walt de Heer教授发表的那封公开信，并普遍征询包括诺委会成员、A.K.Geim和多位业内的顶尖人物对于此事的看法。

诺委会很快做出了回应，委员会的主席Ingeman Lundström教授说：“有些事情我们也认为是错误的，我们将改正网页。…… 但是对于2004年曼彻斯特大学小组的一般意见是不会改变的”，他又补充说明“这种科学背景（指《文件》中提供的）是给媒体的是一种‘通俗性’资料，没有必要罗列所有的文献和信息”。然而，诺委会物理学评审组成员之一的Per Delsing教授在回应de Heer的责疑时说：“不同的人当然会有不同的意见。我向你保证，评审组在该领域中做过大量的研究。”

A.K.Geim本人则轻描淡写地表示：“这桩事（指《文件》中的标题和内容不符）没有什么了不起，因为我和我的合作者稍后（2005年）就报导了单层石墨烯的类似数据”。同时他又指出“我们的文章2004年在《Science》上发表以来，根据资料统计已经被引用了3357次。数以千计的研究人员开始转入了石墨烯领域。”在被问到对于de Heer责疑的看法时，他用的揶揄口吻说道：“如果他指责斯德哥尔摩，一些人或许会开始相信，他本人做出了某些重要贡献。”接着A.K.Geim口气一转，开始推崇哥伦比亚大学物理系的韩裔教授金必立（Philip Kim），他说：“金做出了一个重要贡献，我很乐意与他分享奖金。” 金必立对于A.K.Geim的建议表示感到十分荣幸，他说：“我个人自然希望如此，但是这恐怕行不通。我尊重（诺委会）的决定。”

康奈尔大学物理系的Paul McEuen教授表示《文件》中的提法“应该说是不够精确的”，他说：“事实上2004年以前已经用各种方法制得了石墨烯，包括我和我的同事在内，国际上有好几个研究小组测定了它的电子性能。但是最重要的贡献是2005年A.K.Geim和K.S.Novoselov发表的论文，同时金也做出了杰出的工作。” 德州大学奥斯丁分校的Rodney Ruoff教授则抱怨：“瑞典皇家科学院2010年10月的网页上，丝毫没有提到2009年我在石墨烯方面所做的工作。最近，我和另外5名被漏掉的研究者的名字出现在经过修改的网页上。我希望（他们）能给我一个说法。”此外，不少被调查者都表示今年的诺贝尔物理学奖的决定太快了，不够慎重等等。

1985年度的诺贝尔物理学奖获得者德国马普所的Klaus von Klitzing则力排众议，认为没有必要谴责诺委会对于今年的物理学奖的评审。他指出今年年初在斯德哥尔摩举行的一次石墨烯学术会议期间，诺委会的成员曾听取了与会的顶尖级专家的意见，包括金必立和de Heer本人。他说：“我相信诺委会成员对全球的科学状况都有一个很好的全面阐述。”

《NatureNews》网站的记者最近又对亚特兰大的de Heer教授进行了采访。当记者提及A.K.Geim指责他是借机操作自己时，de Heer教授出示了他荣获国际材料研究学会（International Material Research Society）2010年度颁发的《材料研究学会奖状》(MRS Medal)，以表彰“他对外延石墨烯的科学和技术的先驱者贡献”。同时他还出示了自己在2003年10月向美国国家科学基金会NSF （National Science Foundation ）递交的一份与石墨烯相关研究项目的基金申请书和2004年他申请的一项专利（Patterned thin film graphite devices and method for making same）2006年获批，专利号为: US7015142 B2。最后，de Heer教授说道：“要说的，我都已经说了。现在的诺委会已经是一个稻草人了。
”
是邪非邪？读者诸君自可判而断之，我就毋庸多言了。

（未完待续）

作者：断章师爷 在驴鸣镇发贴, 来自 http://www.hjclub.org

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谢师爷提供的这些轶事。长见识。 -- NABC60 - (0 Byte) 2010-12-27 周一, 下午11:06 (148 reads)

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