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斷章師爺 漫談2010年度諾貝爾物理學獲獎項目石墨烯（二）

作者：light12  於 2010-12-27 18:49 發表於 最熱鬧的華人社交網路--貝殼村

通用分類:網路文摘|已有22評論

斷章師爺
時間: 27 12 2010 06:53  
作者： 在 蘆笛自治區 發貼, 來自海納百川

漫談2010年度諾貝爾物理學獲獎項目石墨烯（二）
斷章師爺

接下去，想花些篇幅談談石墨烯的發現簡史。

從本質上看，石墨烯是從石墨分離出來的單原子層平面。這樣說來，自從上世紀初英國的W.H.Bragg 父子創立X射線晶體分析以來，人們就已經開始了對於石墨烯的研究。1918年，德國化學家V.Kohlschütter 和 P.Haenni就在《無機和普通化學雜誌》（ZAAC）發表了一篇題為《關注石墨碳和石墨酸》的文章，詳細地介紹了石墨氧化物紙（一種層數不多的石墨材料）的性質。1948年，奧地利的實驗物理學家G.Ruess 和 F.Vogt發表了用透射電子顯微鏡（TEM）拍攝到的少層石墨（層數大約在3層至10層之間的石墨烯）圖像。現已退休的慕尼黑大學無機化學研究所主任H.P.Boehm教授從60年代起就開始系統地研究石墨薄層的表面和吸附性能。石墨烯這個名詞就是他1994年發表在《純粹和應用化學期刊》（P&AC）上的一篇題為《插層石墨化合物的命名和術語》的文章里首先提出來的，因此材料學界都尊Boehm 為開拓石墨烯領域的先驅。回顧石墨烯的發現和製備，可謂道途艱難。曾經嘗試過的製備方法計有化學剝離、化學氣相沉積、碳化硅表面外延生長、金屬表面生長、氧化減薄、肼還原以及乙氧鈉裂解等各種物理和化學手段。但是都不很理想，不同程度存在著這樣或者那樣的問題。

直到2004年英國曼徹斯特大學的A.K.Geim和K.S.Novoselov使用了一種稱為微觀機械解理的方法，才製得了厚度只有一個原子層的石墨烯。這種方法說白了就是用普通的膠帶粘住石墨薄片的兩側，撕開膠帶，薄片也隨之一分為二。不斷重複這一過程，就可以得到越來越薄的石墨薄片，而其中部分樣品僅由一層碳原子構成。所以這種方法也簡稱為蘇格蘭法（Scotch,這是因為他們使用註冊商標為Scotch的膠帶）。使用上述膠帶撕裂的方法，把最後得到的膠帶放在溶劑中，待膠帶溶解后，再將石墨烯單層擱置在一種作為基底的二氧化矽片上，試樣就製得了。這是因為二氧化矽片在電性上與石墨烯是彼此絕緣的，二氧化硅中的硅可以作為電極來改變石墨烯層的電荷密度。

電視上曾經播放過一段BBC在曼徹斯特大學的細觀科學和納米技術中心實驗室採訪A.K.Geim的新聞。Geim用鉛筆在紙上信筆畫了一連串鄰邊相接的六邊形，隨手扯了一段膠帶貼在這些六邊形上並撕下來，膠帶上留有鉛筆（石墨）的印痕；他又扯了第二段膠帶貼在第一段膠帶上並撕下來，第二段膠帶上也留有鉛筆（石墨）的印痕；…… 重複多次后，Geim說了句：「最後我們就這樣得到了它，Bingo!」並且笑嘻嘻地面對鏡頭做了個「V」的手勢。因為這樣多次重複下去，最後留在膠帶上的鉛筆（石墨烯）印痕的厚度僅僅為一個原子。二維的石墨烯晶體居然通過這種遊戲般的途徑製備出來了，真是大巧若拙呵!

看著Geim重複撕裂膠帶的過程，我隨即聯想起莊子在《逍遙遊》中所說的「一尺之棰，日取其半，萬世不竭」。胸中不禁湧現出一股愛國主義的情懷，腦中開始醞釀是否寫一篇「論世界上最新的物理學成果石墨烯源於我國先秦時期的哲學思想」這樣的宏文出來。然後么，我可以巧妙地運用起、承、轉、合的手法自然地聯繫到太祖當年的高瞻遠矚：「以哲學的觀點來說，物質是無限可分的。質子、中子、電子也應該是可分的。一分為二，對立統一嘛！」正當我聯翩起舞般地譜寫著暢想曲時，猛然想到，不對呀!這種膠帶的粘滯力似乎還不足以強到把厚度只有一個原子層的石墨烯繼續無限地「一分為二」下去。這樣一想，方才升騰而起的那股豪放之情頓時被一團莫名其妙的壅滯之氣取代。懊喪之餘真想仿效阿Q先生的未庄口音甩出一句國罵：「媽媽的Scotch!」

看到這兒，讀者諸公且慢鬱悶，還有一段更加令我們炎黃子孫氣短的bad news呢!且說2008年8月路透社旗下《ScienceWatch》網站的記者採訪Geim時，他說：「讓我告訴你一個美妙的故事。我曾經有一個來自中國的博士生。我買了一大塊高度定向的裂解石墨，就是稱為HOPG（highly oriented pyralytic graphite）的，讓他磨得儘可能的薄。那時我給他一台非常好的拋光機。三個星期後，他回來了，說已經成功。他遞給我一個玻璃皿，底部盛著一點很薄的石墨。我放在顯微鏡下觀察，看到它大約有10個微米，可能有1000層。我問他：『你能把它磨得再薄一點嗎？』他說需要另一塊石墨，一塊這種高度定向的裂解石墨得花300美元。我向他解釋『你不必磨掉整塊石墨』，我必須承認當時的口氣不太禮貌。中國博士生用同樣的口吻回敬了我一句：『如果你這麼聰明，那你就自己去試試看。』（If you』re so clever, try to do it yourself.）這是一個轉折點，於是我決定使用膠帶 ……」一隻已經煮得半熟的鴨子，眼睜睜地看著它飛掉，天下還有比這位中國博士生更倒霉的苦人兒嗎？自然，我更為我們偉大的祖國與諾貝爾物理學獎對面錯過而感到由衷的惋惜。不過這會即使阿Q先生在我身邊，估計他也罵不出口了，該罵的是誰呢？!

算了，這等有傷國人感情的糗事不提也罷。換條有趣的消息調節一下神經。自從10月5日瑞典皇家科學院在新聞公報中披露2010年度的物理學獎頒發給A.K.Geim和K.S.Novoselov以後，最熱鬧的一條新聞就是11月17日位於美國亞特蘭大的喬治亞理工學院物理系的Walt de Heer教授在網路上發表了一封公開信，對於諾貝爾獎金委員會頒發2010年度的物理學獎一事提出了質疑。他在信中羅列了瑞典皇家科學院《關於諾貝爾物理學獎的評審意見文件》（諾委會的評審過程從來是黑箱操作，但是瑞典皇家科學院在頒布評獎的新聞公報的同時會在他們的媒體上公布與評審結果的科學背景有關的文件，下面簡稱《文件》）中存在的一系列錯誤。例如de Heer指出了A.K.Geim和K.S.Novoselov一直到2005年才報導了他們對於單層石墨烯的測定結果，而他本人領導的喬治亞理工學院物理系外延石墨烯實驗室則在2004年發表的一篇文章中，已經對於他們製備的單層石墨烯試樣進行了測定。此外，他還指出了《文件》提及「A.K.Geim和K.S.Novoselov於2004年發表在《Science》上的一篇文章被廣泛引用，激勵了該領域的發展」，《文件》中寫的標題是「石墨烯的電子性質」，然而《文件》中引用的數據實際上來自若干層的石墨烯堆聚而成的試樣，這種試樣的材料是石墨而不是石墨烯。眾所周知，石墨和石墨烯的電子性能完全不同。《文件》中存在著諸如此類的錯誤，不一而足。因此de Heer在信中尖銳地批評諾委會「沒有做好它的功課」。此外de Heer還在一篇題為《石墨烯電子性能的早期發展》的綜述文章中對於該領域的早期研究進行了詳細的回顧，引用了137篇相關的文獻與瑞典皇家科學院的《文件》進行對照。11月18日《NatureNews》網站貼出了一篇文章《諾貝爾評獎委員會遭到非難》披露了Walt de Heer教授發表的那封公開信，並普遍徵詢包括諾委會成員、A.K.Geim和多位業內的頂尖人物對於此事的看法。

諾委會很快做出了回應，委員會的主席Ingeman Lundström教授說：「有些事情我們也認為是錯誤的，我們將改正網頁。…… 但是對於2004年曼徹斯特大學小組的一般意見是不會改變的」，他又補充說明「這種科學背景（指《文件》中提供的）是給媒體的是一種『通俗性』資料，沒有必要羅列所有的文獻和信息」。然而，諾委會物理學評審組成員之一的Per Delsing教授在回應de Heer的責疑時說：「不同的人當然會有不同的意見。我向你保證，評審組在該領域中做過大量的研究。」

A.K.Geim本人則輕描淡寫地表示：「這樁事（指《文件》中的標題和內容不符）沒有什麼了不起，因為我和我的合作者稍後（2005年）就報導了單層石墨烯的類似數據」。同時他又指出「我們的文章2004年在《Science》上發表以來，根據資料統計已經被引用了3357次。數以千計的研究人員開始轉入了石墨烯領域。」在被問到對於de Heer責疑的看法時，他用的揶揄口吻說道：「如果他指責斯德哥爾摩，一些人或許會開始相信，他本人做出了某些重要貢獻。」接著A.K.Geim口氣一轉，開始推崇哥倫比亞大學物理系的韓裔教授金必立（Philip Kim），他說：「金做出了一個重要貢獻，我很樂意與他分享獎金。」 金必立對於A.K.Geim的建議表示感到十分榮幸，他說：「我個人自然希望如此，但是這恐怕行不通。我尊重（諾委會）的決定。」

康奈爾大學物理系的Paul McEuen教授表示《文件》中的提法「應該說是不夠精確的」，他說：「事實上2004年以前已經用各種方法製得了石墨烯，包括我和我的同事在內，國際上有好幾個研究小組測定了它的電子性能。但是最重要的貢獻是2005年A.K.Geim和K.S.Novoselov發表的論文，同時金也做出了傑出的工作。」 德州大學奧斯丁分校的Rodney Ruoff教授則抱怨：「瑞典皇家科學院2010年10月的網頁上，絲毫沒有提到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現在經過修改的網頁上。我希望（他們）能給我一個說法。」此外，不少被調查者都表示今年的諾貝爾物理學獎的決定太快了，不夠慎重等等。

1985年度的諾貝爾物理學獎獲得者德國馬普所的Klaus von Klitzing則力排眾議，認為沒有必要譴責諾委會對於今年的物理學獎的評審。他指出今年年初在斯德哥爾摩舉行的一次石墨烯學術會議期間，諾委會的成員曾聽取了與會的頂尖級專家的意見，包括金必立和de Heer本人。他說：「我相信諾委會成員對全球的科學狀況都有一個很好的全面闡述。」

《NatureNews》網站的記者最近又對亞特蘭大的de Heer教授進行了採訪。當記者提及A.K.Geim指責他是藉機操作自己時，de Heer教授出示了他榮獲國際材料研究學會（International Material Research Society）2010年度頒發的《材料研究學會獎狀》(MRS Medal)，以表彰「他對外延石墨烯的科學和技術的先驅者貢獻」。同時他還出示了自己在2003年10月向美國國家科學基金會NSF （National Science Foundation ）遞交的一份與石墨烯相關研究項目的基金申請書和2004年他申請的一項專利（Patterned thin film graphite devices and method for making same）2006年獲批，專利號為: US7015142 B2。最後，de Heer教授說道：「要說的，我都已經說了。現在的諾委會已經是一個稻草人了。
」
是邪非邪？讀者諸君自可判而斷之，我就無用多言了
ZT

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發表評論 評論 (22 個評論)

回復 Cristal 2010-12-28 08:50
不敢妄加評論
回復 light12 2010-12-28 10:05
Cristal: 不敢妄加評論
當故事聽聽。
回復 Cristal 2010-12-28 10:09
light12: 當故事聽聽。
就是。
回復 light12 2010-12-28 10:21
Cristal: 就是。
  
回復 Giada 2010-12-29 12:42
聽都沒聽說過這個人。
回復 light12 2010-12-29 14:16
Giada: 聽都沒聽說過這個人。
他是德國教授，小時被整過。
回復 Giada 2010-12-29 14:37
light12: 他是德國教授，小時被整過。
怎麼給翻譯成了中國人的名字？
回復 light12 2010-12-29 14:44
Giada: 怎麼給翻譯成了中國人的名字？
中國人作德國教授
回復 Giada 2010-12-29 14:53
light12: 中國人作德國教授
     新年快樂！
回復 light12 2010-12-29 14:56
Giada:       新年快樂！
謝謝！新年快樂！大作家事事如意
回復 Giada 2010-12-30 09:16
light12: 謝謝！新年快樂！大作家事事如意
   誰是大作家？
回復 light12 2010-12-30 09:30
Giada:    誰是大作家？
不是我
回復 Giada 2010-12-30 09:53
light12: 不是我
   也不是我，你祝賀誰呢？
回復 light12 2010-12-30 09:55
Giada:    也不是我，你祝賀誰呢？
師爺
回復 Giada 2010-12-30 10:15
light12: 師爺
他聽得到嗎？
回復 light12 2010-12-30 12:02
Giada: 他聽得到嗎？
該聽到的人聽到就行了
回復 Giada 2010-12-30 12:55
light12: 該聽到的人聽到就行了
誰該聽到呢？
回復 light12 2010-12-30 15:13
Giada: 誰該聽到呢？
師爺
回復 Giada 2010-12-31 11:16
light12: 師爺
聽到了沒呀？
回復 light12 2010-12-31 15:39
Giada: 聽到了沒呀？
想不聽到都不行
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