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如果你有兴趣研究一下桌上的铅笔和透明胶带，那么你也许有机会非常接近诺贝尔奖。
昨天，本年度诺贝尔物理学奖揭晓，来自英国曼彻斯特大学的安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫分享了1000万瑞典克朗的奖金。6年前，他们在世界上首次分离出全世界最薄的材料——厚度只有一个碳原子直径的石墨烯，从而开创出一个崭新的研究领域。他们制备石墨烯的方法，正是用透明胶带，以及和铅笔芯的主要成分——石墨。整个过程看起来相当原始，但随后，一系列惊人的事情发生了。
最薄的，最强的
石墨烯应该比你能想象到的最薄的东西还要薄得多。一层石墨烯厚度只有0.3纳米，也就是说，如果能用石墨烯取代纸张来印书，那么一本《新华字典》那样厚的书，就会有100亿页。
这么薄的材料，强度却异常惊人。假使做出一层像保鲜膜那样厚的石墨烯薄膜，覆盖在茶杯口，要想用一支铅笔去刺穿它，那么铅笔的另一头必须站一头大象。
听起来，以上这些描述都超出了普通人的思维。不仅如此，直到海姆和诺沃肖洛夫首次分离出石墨烯之前，许多科学家都不相信世界上真的存在一种只拥有一层原子结构的材料。此前，根据物理学原理，科学家们认为，只有一层原子的材料非常不稳定，但海姆和诺沃肖洛夫却对“不可能”发起了挑战。
正如前文所述，他们的方法非常原始——将石墨粉粘在两层透明胶带间，然后将胶带扯开。由碳构成的石墨，其微观结构是层状的，就像一本因为受潮而使页面互相粘连的书。扯开胶带，石墨粉也会被同时剥开，分别粘在两块胶带上。将这个过程重复多次，那本“受潮的书”最终被分离出了一页。这一页，就是石墨烯。
在显微镜下，一片石墨烯就像是一片“铁丝网”，每个孔都是六边形，每个六边形的顶点是一颗碳原子；碳原子间以稳定的化学键相连，使得这片“铁丝网”非常强韧。由于多孔，石墨烯是透明的。同时，它拥有很好的导热和导电性能，其导热性是目前已知材料中最高的，而导电性能超过了铜。
也许有人会问，为什么石墨烯这么强韧，铅笔却这么软呢？实际上，石墨烯虽硬，但层与层之间却很松散。铅笔在书写时，会有多层石墨烯剥落下来，粘在纸上，形成了笔迹。因此可以说，每一道铅笔印，都包含着几层(也许是几百层)石墨烯。运气好的话，其中甚至真的可能存在一小块的单层石墨烯。事实上，在海姆和诺沃肖洛夫创造出“胶带法”之后，有科学家的确开发出了一种特殊的“纳米铅笔”，用这种铅笔书写，也能分离出石墨烯。
“桌上的粒子对撞机”
物理学之美，往往在于其能将最复杂的理论融汇于最简单的形式中。海姆和诺沃肖洛夫的发现，则让对基本粒子的研究变得异乎寻常的简单。
由于石墨烯是目前仅存的只由一层原子构成的材料，因此它是研究基本粒子特性的绝佳“试验床”。在石墨烯的诸多特性中，有一个是它的电子能以接近光速的速度移动，这以前只在科幻小说中描述过，但正是它的这个特性，使得科学家们能更加容易地来研究相对论。而此前，相对论研究往往要借助天价的粒子对撞机，或是通过观测宇宙中的巨大天体。
石墨烯的价值，当然远远不限于理论研究，在实际应用方面也有极大潜力。
在微电子领域，单层石墨烯进行各种化学和物理处理后，它可以被制成最小的集成电路；目前，以硅为基础的半导体材料，其尺寸已经逐渐走到了极限，要再进一步，开发出更快、更低功耗的超级计算机，石墨烯是很有希望的一个方向。
在光电领域，学界正尝试通过它来制作新型显示设备。华东师大教授、纳光电集成与先进设备实验室主任孙卓告诉记者，他们已在实验室里开发出了一种4英寸的石墨烯显示器，厚度只有4毫米，功耗很低，响应速度很快。
此外，将石墨烯掺杂在塑料、陶瓷等材料中，可以制备出高强度、同时又能导电的新材料，并用于制作新一代太阳能电池、超级电容等新能源装备。
孙卓告诉记者，正是因为石墨烯能对多学科究产生出辐射效应，自从2004年海姆和诺沃肖洛夫分离出石墨烯以来，这方面的研究始终是最热门的领域之一。《科学》杂志上，海姆和诺沃肖洛夫对石墨烯基本特征的论文，被全球科学家大量引用。这些成就的取得，使得诺贝尔奖罕见地颁给了一项“年仅6岁”的成果。
不过，目前科学家们还无法制备出大尺寸的石墨烯，多数供研究用的石墨烯只不过是微米尺度的。考虑到石墨烯如此朝气蓬勃，未来10年，石墨烯研究应该会受到持续关注，并不断走向成熟。
好奇心的价值
在本年度诺奖公布之后，人们发现，安德烈·海姆成为有趣的“双料诺奖”得主。10年前他因为让青蛙在磁场中飞行而曾获得了“搞笑诺贝尔奖”。
今年52岁的海姆和36岁的诺沃肖洛夫都生于俄罗斯，在来到曼彻斯特大学之前，两人就以师生关系在荷兰的奈梅亨大学工作。海姆是荷兰籍，而诺沃肖洛夫则是英俄双重国籍。
海姆无疑是一个充满奇趣想法的“科学怪杰”。在以“frog(青蛙)”和“fly(飞行)”作为关键词搜索，不难可以找到那段青蛙飞行的视频——青蛙在强大的磁场下悬浮起来，完事后，照样可以到田间抓蚊子吃。这个有趣的实验演示了电磁学的一个经典原理，如今已被收入国外的大学物理课本。
不仅是让青蛙飞起来，海姆还曾模仿壁虎爪子的结构，研究出一种特殊的材料，装备上这种材料做成的手套和外衣，人可以吸附在光滑表面，从而成为“飞檐走壁”的蜘蛛侠。
复旦大学物理系教授、中科院院士王迅对记者表示，事实上，飞行青蛙和石墨烯的研究属于不同领域，其间唯一的关联就是好奇心和探索的乐趣。拥有这般性格和科学精神的学者能获诺奖，本身就值得深思。 本报记者 张懿
