在我們的常識(shí)中，輕薄的東西往往都不耐造，但是有這么一種新材料，它極輕、極薄，卻又無比堅(jiān)韌，還自帶各種神奇的屬性，足夠能改變整個(gè)世界。?

超級(jí)材料?

我們?cè)谧x書的時(shí)候，都拿鉛筆寫過很多字，一行又一行，一天又一天。大家都覺得這是件很平常的事情，但兒時(shí)的我們還不知道，這些灰黑的字跡里，藏著無限的可能性。?

每個(gè)用鉛筆的人都離諾貝爾獎(jiǎng)只有一步之遙。2010年，安德烈和康斯坦丁這兩位科學(xué)家因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)了超級(jí)材料石墨烯榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

石墨烯極其薄又極其堅(jiān)韌，而且具有很強(qiáng)的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。人類所有的產(chǎn)業(yè)都會(huì)因?yàn)槭┑某霈F(xiàn)而突飛猛進(jìn)，而這種神奇的材料，其實(shí)就來自于鉛筆芯里的石墨。 石墨并不怎么堅(jiān)韌，只要跟紙摩擦，就會(huì)留下一些石墨痕跡，所以才拿來當(dāng)筆用。而且一受力就會(huì)碎，所以削鉛筆都得小心翼翼。

那什么東西很硬呢？大家可能會(huì)立馬想到了，“一顆恒久遠(yuǎn)”的鉆石。 石墨和鉆石，其實(shí)從本質(zhì)上說都是碳構(gòu)成的，但是碳原子排列組合方式不同，給了它倆完全不同的形態(tài)和特點(diǎn)，用科學(xué)術(shù)語來說，石墨和鉆石，相互是對(duì)方的同素異形體。

科學(xué)家研究了多種碳的同素異形體，明白了石墨為什么不堅(jiān)韌。因?yàn)樗怯梢粚訉犹荚佣哑饋淼?，但是兩層中間是空的，并沒有結(jié)構(gòu)作為支撐，就好像摩天大樓省掉了柱子。只是靠原子的微弱引力，讓層層碳原子吸附在一起。如果受到外力，石墨就會(huì)從兩層碳原子中間斷裂。

雖然石墨是危樓，但科學(xué)家分析鉆石等同素異形體后，得到了一個(gè)猜想，如果把危樓的每一層單獨(dú)拎出來，應(yīng)該會(huì)異常堅(jiān)韌，因?yàn)檫@里的碳原子，呈六邊形網(wǎng)格狀排布，原子之間的連接很牢固。

猜想是早就有的，但是在過去幾十年里，世人都沒有辦法驗(yàn)證猜想，1厘米厚的石墨是1500萬層碳原子堆疊而成的。單層碳原子實(shí)在太薄了，科學(xué)家用盡了各種手段都無法分離出單層。

然后安德烈和康斯坦丁來了，這兩位俄羅斯裔的學(xué)者，以戰(zhàn)斗民族的獨(dú)特思維想出了一個(gè)簡單到令人發(fā)指的法子——拿膠帶撕！

用膠帶撕出來的諾貝爾獎(jiǎng)?

很多小伙伴可能聽過，關(guān)于A4紙對(duì)折的數(shù)學(xué)趣聞，僅0.1毫米厚的不起眼的A4紙對(duì)折14次，厚度就會(huì)變得和人一樣高，對(duì)折37次，厚度會(huì)超過地球的直徑。這個(gè)趣聞就是告訴我們，在薄的東西，只要不斷乘以2，就會(huì)變得極厚無比。?

安德烈和康斯坦丁的手段就是把折紙過程反過來。他們拿了一塊石墨薄片，在兩面都貼上膠帶，然后一拉，薄片就被撕開成了兩半。然后拿薄的那一半貼上膠帶繼續(xù)撕。這個(gè)過程使用到了TRIZ(發(fā)明問題解決理論)40條創(chuàng)新原理的第1條——分割原理。

分割原理是指這樣一種過程：以虛擬方式或?qū)嵨锓绞綄⒁粋€(gè)系統(tǒng)分成若干部分，以便抽取或合并一種有益的或有害的系統(tǒng)屬性。在多數(shù)情況下，可對(duì)各部分進(jìn)行重組（合并），以執(zhí)行某些新的功能，并（或）消除某一問題。

同時(shí)，TRIZ系統(tǒng)中的中介物原理也在當(dāng)中有所應(yīng)用。中介物原理是指采用中介體傳遞或完成所需動(dòng)作，把一個(gè)物體和另一個(gè)物體臨時(shí)結(jié)合在一起。在安德烈和康斯坦丁撕膠帶的這個(gè)過程中，膠帶就充當(dāng)了中介物的角色。

實(shí)際上每次用膠帶撕開的兩半石墨薄片都不同，想要撕出平均的兩半可遇不可求。安德烈和康斯坦丁一開始也沒打算每次都能二等分，相反他們希望可以撕出一九分的兩份，這樣他們可以直接選用薄的那部分繼續(xù)下面的步驟。

這其中也關(guān)聯(lián)了一個(gè)原理——未達(dá)到或超過的作用原理，是指如果使用一個(gè)給定的方法很難達(dá)到百分之百的目標(biāo)，那么嘗試做的多一點(diǎn)或者少一點(diǎn)。如果每次都恰好撕成二等分，那么所需要的步驟和時(shí)間都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過隨機(jī)撕開后選用更薄的部分。

但整個(gè)撕膠帶的過程不停重復(fù)下去，基本上相當(dāng)于石墨不斷除以2，最終他們撕出了單層的碳原子。2010年，安德烈和康斯坦丁因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)了超級(jí)材料石墨烯榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

一切源于“什么都想試一試”的好奇心?

用普通膠帶“撕”出石墨烯，從而獲得諾貝爾獎(jiǎng)，源于安德烈和康斯坦丁都擁有的那顆“什么都想試一試”的好奇心。關(guān)于好奇心，他們還有一個(gè)故事。?

在安德烈所在的實(shí)驗(yàn)室中，有一臺(tái)能產(chǎn)生強(qiáng)大磁場的設(shè)備。因?yàn)楹闷?，他把水倒進(jìn)了這臺(tái)設(shè)備，發(fā)現(xiàn)水浮空了。繼而，他又把西紅柿、草莓等等東西丟了進(jìn)去?！皝G進(jìn)一只青蛙”是最異想天開的一次嘗試。這個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)演示了電磁學(xué)的一個(gè)經(jīng)典原理，如今已被收入國外的大學(xué)物理課本。?

“飛行青蛙”和“石墨烯的研究”屬于不同領(lǐng)域，其間唯一的關(guān)聯(lián)就是好奇心和探索的樂趣。?

鉛筆在幾百年前就被發(fā)明，鉛筆芯則是碳組成的。然而幾百年里，我們對(duì)石墨烯一無所知。解決具有挑戰(zhàn)性的科學(xué)問題，往往不需要用高深的理論或復(fù)雜的儀器，人們對(duì)日常生活細(xì)致的觀察與靈活的運(yùn)用，才是那塊最關(guān)鍵的“敲門磚”。

為什么撕透明膠都能得諾貝爾獎(jiǎng)？?

石墨烯的“誕生”

2004年，英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，利用膠帶，通過反復(fù)粘連，最終成功從石墨中分離出石墨烯，證實(shí)它可以單獨(dú)存在，兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這在一般人看來是不是覺得非常神奇與不可思議，覺得“我上我也行”。

但是實(shí)際上這種膠帶是一種高分子材料制成的膠帶，也是他們自己開發(fā)出來的，一開始只是為了研究為什么壁虎可以爬在任何物體表面上而不掉下來制作的，后面也是因?yàn)楹闷娌女a(chǎn)生了這個(gè)石墨的“撕扯”實(shí)驗(yàn)。

那么問題來了，為什么發(fā)現(xiàn)一種材料就可以拿諾貝爾獎(jiǎng)呢？

有人覺得肯定是因?yàn)槭┑奶匦詫?shí)在是太強(qiáng)了所以才會(huì)給到諾貝爾獎(jiǎng)，但是實(shí)際上并不是，而是因?yàn)槭┑陌l(fā)現(xiàn)打破了物理學(xué)界長久以來的認(rèn)知：二維材料不可能不存在。傳統(tǒng)科學(xué)理論認(rèn)為，熱的漲落會(huì)造成破壞非常薄的二維結(jié)構(gòu)，使單層原子上下移動(dòng)，重新鍵結(jié)形成更穩(wěn)定的三維結(jié)構(gòu)，或可能在室溫環(huán)境下被迅速分解。

實(shí)際上石墨烯由于原子間的作用力非常的強(qiáng)，所以導(dǎo)致他不但可以存在而且強(qiáng)度還非常之高、非常穩(wěn)定，這個(gè)發(fā)現(xiàn)可以說給整個(gè)材料學(xué)界，甚至整個(gè)科學(xué)界都帶來了極大的震動(dòng)，從此二維世界的大門就此打開！