科学轶事 - 用胶带撕出来的诺贝尔奖

在我们的常识中，轻薄的东西往往都不耐造，但是有这么一种新材料，它极轻、极薄，却又无比坚韧，还自带各种神奇的属性，足够能改变整个世界。 

超级材料 

我们在读书的时候，都拿铅笔写过很多字，一行又一行，一天又一天。大家都觉得这是件很平常的事情，但儿时的我们还不知道，这些灰黑的字迹里，藏着无限的可能性。 

每个用铅笔的人都离诺贝尔奖只有一步之遥。2010年，安德烈和康斯坦丁这两位科学家因为发现了超级材料石墨烯荣获诺贝尔物理学奖。

石墨烯极其薄又极其坚韧，而且具有很强的导电性和导热性。人类所有的产业都会因为石墨烯的出现而突飞猛进，而这种神奇的材料，其实就来自于铅笔芯里的石墨。 石墨并不怎么坚韧，只要跟纸摩擦，就会留下一些石墨痕迹，所以才拿来当笔用。而且一受力就会碎，所以削铅笔都得小心翼翼。

那什么东西很硬呢？大家可能会立马想到了，“一颗恒久远”的钻石。 石墨和钻石，其实从本质上说都是碳构成的，但是碳原子排列组合方式不同，给了它俩完全不同的形态和特点，用科学术语来说，石墨和钻石，相互是对方的同素异形体。

科学家研究了多种碳的同素异形体，明白了石墨为什么不坚韧。因为它是由一层层碳原子堆起来的，但是两层中间是空的，并没有结构作为支撑，就好像摩天大楼省掉了柱子。只是靠原子的微弱引力，让层层碳原子吸附在一起。如果受到外力，石墨就会从两层碳原子中间断裂。

虽然石墨是危楼，但科学家分析钻石等同素异形体后，得到了一个猜想，如果把危楼的每一层单独拎出来，应该会异常坚韧，因为这里的碳原子，呈六边形网格状排布，原子之间的连接很牢固。

猜想是早就有的，但是在过去几十年里，世人都没有办法验证猜想，1厘米厚的石墨是1500万层碳原子堆叠而成的。单层碳原子实在太薄了，科学家用尽了各种手段都无法分离出单层。

然后安德烈和康斯坦丁来了，这两位俄罗斯裔的学者，以战斗民族的独特思维想出了一个简单到令人发指的法子——拿胶带撕！

用胶带撕出来的诺贝尔奖 

很多小伙伴可能听过，关于A4纸对折的数学趣闻，仅0.1毫米厚的不起眼的A4纸对折14次，厚度就会变得和人一样高，对折37次，厚度会超过地球的直径。这个趣闻就是告诉我们，在薄的东西，只要不断乘以2，就会变得极厚无比。 

安德烈和康斯坦丁的手段就是把折纸过程反过来。他们拿了一块石墨薄片，在两面都贴上胶带，然后一拉，薄片就被撕开成了两半。然后拿薄的那一半贴上胶带继续撕。这个过程使用到了TRIZ(发明问题解决理论)40条创新原理的第1条——分割原理。

分割原理是指这样一种过程：以虚拟方式或实物方式将一个系统分成若干部分，以便抽取或合并一种有益的或有害的系统属性。在多数情况下，可对各部分进行重组（合并），以执行某些新的功能，并（或）消除某一问题。

同时，TRIZ系统中的中介物原理也在当中有所应用。中介物原理是指采用中介体传递或完成所需动作，把一个物体和另一个物体临时结合在一起。在安德烈和康斯坦丁撕胶带的这个过程中，胶带就充当了中介物的角色。

实际上每次用胶带撕开的两半石墨薄片都不同，想要撕出平均的两半可遇不可求。安德烈和康斯坦丁一开始也没打算每次都能二等分，相反他们希望可以撕出一九分的两份，这样他们可以直接选用薄的那部分继续下面的步骤。

这其中也关联了一个原理——未达到或超过的作用原理，是指如果使用一个给定的方法很难达到百分之百的目标，那么尝试做的多一点或者少一点。如果每次都恰好撕成二等分，那么所需要的步骤和时间都要远远超过随机撕开后选用更薄的部分。

但整个撕胶带的过程不停重复下去，基本上相当于石墨不断除以2，最终他们撕出了单层的碳原子。2010年，安德烈和康斯坦丁因为发现了超级材料石墨烯荣获诺贝尔物理学奖。

一切源于“什么都想试一试”的好奇心 

用普通胶带“撕”出石墨烯，从而获得诺贝尔奖，源于安德烈和康斯坦丁都拥有的那颗“什么都想试一试”的好奇心。关于好奇心，他们还有一个故事。 

在安德烈所在的实验室中，有一台能产生强大磁场的设备。因为好奇，他把水倒进了这台设备，发现水浮空了。继而，他又把西红柿、草莓等等东西丢了进去。“丢进一只青蛙”是最异想天开的一次尝试。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。 

“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。 

铅笔在几百年前就被发明，铅笔芯则是碳组成的。然而几百年里，我们对石墨烯一无所知。解决具有挑战性的科学问题，往往不需要用高深的理论或复杂的仪器，人们对日常生活细致的观察与灵活的运用，才是那块最关键的“敲门砖”。