專訪諾獎得主Andre Geim：被嘲沒用的技術如今正改變世界

多年前，當被問到石墨烯為何尚未被廣泛應用時，安德烈·蓋姆（Andre Geim）還只能回答：“時間會證明一切。”經過 20 多年的發展，他見證了石墨烯從誕生、因開創性工作獲得 2010 年諾貝爾物理學獎，到不被看好甚至被認為“石墨烯已死”，再到掀起學術界的研究熱潮，廣泛應用在人們生活和生產各個方面的“石墨烯萬歲”。

安德烈是英國曼徹斯特大學教授，中國科學院外籍院士，英國皇家學會院士和美國國家科學院外籍院士。不久前，他參加了《麻省理工科技評論》在上海靜安舉辦的 EmTech China 2025 全球新興科技峰會并發表主旨演講。

活動結束后《麻省理工科技評論》中國對他進行了深度訪談，從石墨烯發現和發展，談到目前石墨烯產業化和全球合作。我們看到，新興科技突破的背后離不開科學家對基礎研究突破的極致探索：強烈的研究興趣、勇于開拓知識邊界的精神以及持續的好奇心缺一不可。

石墨烯領域“吃蟹第一人”

2000 年，安德烈基于青蛙的固有磁性實現將其懸浮，并因此獲得伊格諾貝爾獎（IgNobel Prizes，另類諾貝爾獎），他是首位也是唯一同時獲得諾貝爾獎和伊格諾貝爾獎的學者，還基于此保持著一項吉尼斯世界紀錄。

（來源：資料圖）

說起安德烈發現石墨烯的故事要追溯到 2004 年發表的那篇 Science 論文 [1]，當時他與其學生康斯坦丁·諾沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）采用極簡的“膠帶法”，首次從石墨中撕出單層碳原子薄膜。

這項研究來源于安德烈的想法：不妨去嘗試一個“意想不到的方向”。實際上，這個領域對于他來說完全陌生——盡管當時他具有微型器件制造的研究經驗，但其此前從未研究過碳材料和石墨材料。

彼時，領域內也并沒有制備單層石墨烯的相關技術，盡管此前幾十年以來研究人員已使用類似的方法觀察石墨薄片：取一塊石墨，用透明膠帶撕下材料，再仔細研究石墨表面。姜達是安德烈團隊第一個博士生（目前擔任浙江工業大學研究員），他當時的課題是將石墨烯做得盡可能薄一些。為實現該目標，團隊的最初方案是直接取石墨，然后通過研磨加工成極薄的薄片，但研究進展始終緩慢。

直到有一天，安德烈團隊成員從廢紙簍撿來的、粘著石墨薄片的膠帶中獲得靈感，他們使用另外的膠帶將前者粘貼再撕開，然后將其反復剝離。之后，研究人員將超薄石墨片放在顯微鏡下觀察。觀察到那些超薄石墨薄膜是一個關鍵的時刻，當膠帶上殘留的石墨碎片呈現透明狀態時，能直觀感受到其纖薄本質。之后，他們從這種材料中提取出厚度僅一個原子的平面。

安德烈對《麻省理工科技評論》中國表示：“當我看到表面有一些石墨碎片時，覺得很有趣。但有些結果確實超出了我的預想范疇，以我當時的專業背景來看，這原本就像天方夜譚——畢竟自然界本就不允許這種操作。”

（來源：資料圖）

石墨烯所展現出的特性首次揭示了其與接近光速運動的粒子相對論物理特性相似的特性。在研究這種材料和它的電子特性時，安德烈驚訝地發現，石墨烯與母體材料的差異之大超乎想象。通常情況下，切開一塊材料時，其特性與母體會完全一致。

但他們的研究證明，包括石墨在內的二維材料完全打破了這個常規認知。取一小塊材料時，其特性不僅完全不同，某些性能甚至超越了塊體材料，具體表現為：石墨是一種非常柔軟的材料，而石墨烯是迄今已知的強度最高的材料之一；石墨在層間方向導電性較差，而石墨烯室溫下的載流子遷移率比銅高出數千倍。

當研究團隊深入研究這些特性時，也受到了不少質疑。安德烈指出，突破的本質正是那個結果好到“讓人難以置信”的“尤里卡”時刻。之后在經歷不到一年時間后，他們取得了預期成果，之后便像滾雪球般越滾越大。

盡管此前領域內很多研究者也曾進行相關嘗試，但安德烈通過機械剝離法成功找到制備單層石墨烯的方法，成為石墨烯領域“第一個吃螃蟹的人”。不僅驗證了石墨烯在常溫常壓下的穩定性，還探索了其新奇的電子輸運特性。

從不被看好的“石墨烯已死”，到廣泛應用的“石墨烯萬歲”

2007 年，安德烈撰寫了《石墨烯的崛起》（The rise of graphene）[2]，這是其極少撰寫的評論論文之一，截至目前在谷歌學術引用量已超過 5 萬次。他進一步說道：“有意思的是，當時我本想用‘石墨烯已死’作為這篇評論的結尾。那時我們自認為對石墨烯了如指掌，也基本窮盡了可用資源來研究其最簡單的形態。”

回顧二十年以來石墨烯的發展，以“石墨烯萬歲”之勢持續發展。如今該領域仍在不斷帶來驚喜：每天有數十篇論文發表，并且每周至少有一篇突破性的重磅成果。石墨烯的發現不僅是凝聚態物理學領域的重大突破，更對眾多相關領域產生了深遠的影響。

自從“撕”出單層石墨烯之后，學術界逐漸掀起研究石墨烯和二維材料的熱潮，科學家們像在原子尺度上玩樂高積木那樣，不斷嘗試重構和設計各種新型材料。二維材料家族也開始向多樣性發展，科學家們陸續用膠帶“撕”出過渡金屬硫族化合物（如 MoS2）、六方氮化硼（h-BN）、黑磷（Phosphorene）等新型二維材料。

（來源：《麻省理工科技評論》中國）

安德烈的研究體現了對基礎科學突破的極致探索，截至目前他已發表 SCI 論文 300 余篇，其中近 50 篇被引用千次以上，10 篇被引用萬次以上，還有兩篇論文入選了 Nature 評選的“歷史上被引用次數最多的 100 篇論文”。

即便獲得諾獎，他仍未停止探索的步伐，并持續嘗試探索新方向。今年 8 月，他與團隊在 Nature 報道了一種新型電子器件結構，通過在石墨烯附近放置間距為 1 納米的石墨柵極，實現了石墨烯晶體管電子質量的革命性提升，為改善石墨烯及其他二維體系的電學質量提供了一種可靠途徑 [3]。最近其還有一項關于二維水方向的研究發表于 Nature，揭示了存在于環境濕度微裂隙中的水分子自我調節的方式[4]。

安德烈基本每五年左右就要調整研究方向，有時會更快，迄今為止他已有約 10 次涉足完全陌生的領域的經驗。但這需要勇氣也需要契機，只有恰逢其時地進入某個領域，并擁有合適的資源支持和恰當的研究課題時，才有可能取得成功。在他看來，獲得諾貝爾獎的突破性成果“極為罕見”。

他指出，發表某一篇論文未必會產生多大影響，但這些研究會為領域內的其他研究人員發現新現象提供幫助或思路。“我專注基礎研究，無論是二維碳材料、二維水還是其他材料，希望通過深入研究來探索它們未知的特性。這些研究成果正逐步轉化為應用領域的新技術，最終將學術知識轉化為產業界的實用方案。”

圖丨安德烈·蓋姆（Andre Geim）（來源：《麻省理工科技評論》）

安德烈認為，不是需求驅動了生產，而是生產試圖創造出需求。隨著石墨烯技術的發展，在世界范圍內已有數百家企業將石墨烯商業化發展，而中國在該領域表現出產業化和基礎研究的雙重優勢。近年來，安德烈與中國的相關公司和科研機構保持密切合作，不僅助力推進石墨烯在中國的應用和技術發展，而且還累積培養了數十名中國的研究生。

從領域整體發展來看，基于石墨烯的創新結構或材料應用，能夠幫助產品大幅提升相關性能、壽命以及降低成本，其涵蓋范圍廣泛，包括電池電極、熱管理、防污涂料、輪胎、電子設備等眾多領域。未來二維材料還有望應用于柔性可穿戴電子領域，而該方向也還有很大的探索空間。

具有顛覆性意義的新興技術可被預測嗎？

英國科幻作家亞瑟·查理斯·克拉克（Arthur Charles Clarke）曾說過：“任何足夠先進的技術，初看都與魔法無異。”那么，我們可以在早期發現具有顛覆性意義的新興技術嗎？安德烈認為，顛覆性技術很難被提前識別，他舉例說道：“我們二十年前啟動的石墨烯研究，當初并未考慮其對生活和生產的影響，如今這些微小的石墨烯片能通過常規工藝在工業領域發揮實際作用。”

因此，只有當人們的認知度提升到一定程度，量變達到了質變的飛躍時，才會意識到某個技術是具有顛覆性的。就像在幾十年前，人們或許不會想到智能手機可以應用人臉識別等功能，也無法想象 AI 迅速發展所帶來的廣泛影響。

科學是照亮世界的火把，但需要看到的是，目前全球也在共同面臨地緣政治和技術壁壘等復雜的國際環境。那么，應該如何在不確定的環境中去尋找最優解呢？

安德烈指出，“我們正身處國際關系的寒冬期。每當有人試圖筑起新的壁壘，我都會切身感受到這些障礙的存在。如今在西方國家，從中國、俄羅斯、伊朗等國家引進人才變得異常困難，我始終認為這種隔離其他國家參與到科學研究的做法并不明智，甚至是一項極其糟糕的政策——科學的發展不能故步自封，知識本應是全人類共享的財富。

就像農業問題：某些政客或許認為能在自家小菜園里種出糧食，但若真這么做，世界終將面臨饑荒危機，科學領域同樣如此，這本質上是一場“雙輸”的局面。如果在這樣的環境下，即使是頂尖科學家也難有作為。

（來源：《麻省理工科技評論》中國）

實際上，科學家在用他們積累的知識和成果不斷突破認知的邊界，基礎科學的重要性在于作為科學技術體系“金字塔”的底層支撐，在項目早期非常需要資金支持。盡管沒有一套“魔法公式”夠提前預測未來，但在某天這些前沿知識有可能會轉變成提升普通民眾更美好生活品質的顛覆性的技術。

安德烈將當下主流的研究范式稱為“圍欄式”，雖然這種研究范式相對穩定和可預測。但他更喜歡在不同領域間自由切換，在他看來，其從事的藍天研究和基礎研究本質往往是出人意料的，即便其中 99% 當時看上去是錯誤的或者不被理解的。

他更喜歡在尚未充分發展的領域中開辟新天地，這種探索需要具備創新性：既有積累的知識儲備或已驗證的理論，也要能夠為該領域帶來新突破。這種勇敢跳躍到“知識空隙”的魄力，正是驅動認知邊界突破的重要動力源泉。

參考資料：

1.Konstantin Novoselov et al. Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films. Science 306,5696(2004). https://doi.org/10.1126/science.1102896

2.Geim, A., Novoselov, K. The rise of graphene. Nature Mater 6, 183–191 (2007). https://doi.org/10.1038/nmat1849

3.Domaretskiy, D., Wu, Z., Nguyen, V.H. et al. Proximity screening greatly enhances electronic quality of graphene. Nature 644, 646–651 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09386-0

4.Wang, R., Souilamas, M., Esfandiar, A. et al. In-plane dielectric constant and conductivity of confined water. Nature 646, 606–610 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09558-y

5.https://doi.org/10.1103/RevModPhys.83.851

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