盖姆在第五届“世界顶尖科学家论坛”上

Q：以石墨烯为代表的二维材料是如何进入学界视野的？其特色是什么？

安德烈·盖姆：我们一提到石墨烯，更确切地说是泛指一类全新的材料：二维材料，石墨烯恰恰是这类材料的代表性物质，由一层单原子或单分子组成。2003到2004年，我们最先发现了石墨烯的存在，半年之后，我们课题组发表了另外一篇论文，也就是这篇论文让我们获得了诺贝尔物理学奖。我们确认石墨烯不是唯一的二维材料，它还有很多“兄弟姐妹”，目前估计有一百多种，它们也和石墨烯一样，都能以薄薄一层原子的结构作为材料而存在。

一开始，我们投入所有精力理解石墨烯的特性，在最开始三、四年的石墨烯研究表明，当你从块体材料中剥离出薄薄一层原子尺度的结构之后，后者表现出的特性完全不同于原来的体材料特性。例如，石墨很柔软，但石墨烯是强度最高的二维材料之一，同时它的导电性超过铜、导热性能超过金刚石。此外，它还很像晶体材料，会折断，有别于软绵绵如同橡胶一样的石墨，石墨能被拉伸变形，之后还能恢复原形。越来越多的人专门研究石墨烯，因为它打开了新物理学、新材料科学的大门。

后来，科学家还发现并研究了其他二维材料，有些材料的性质可能不如石墨烯那么出色，可能与石墨烯的特性完全相反，比如我们找到一种名为“白色石墨烯”的材料——六方氮化硼，这恰好是完美的绝缘材料。还有二硫化钼，它虽然也没有石墨烯那么优秀，但却是绝佳的半导体材料，当设计电子器件时，我们更倾向于选择二硫化钼。

总而言之，十多年前，我们周围所有的材料都是三维材料，有长度、宽度和厚度。然后，我们发现了一类新材料，竟然厚度只有一个原子或者分子层那样薄，之前我们完全不知道它们的存在，甚至认为不可能存在。从某种程度上来说，二维材料的发现给材料科学带来了革新。 

一些典型的二维材料

Q：约二十年过去了，石墨烯的实际应用取得了怎样的发展水平？

安德烈·盖姆：我想要明确一点，我们在实验室内发现了某一新材料之后，一般需要40到70年时间才能让实验室材料完全转化成商业产品。硅就是很好的例子，我们用了大约100多年的时间，才实现了硅在各领域的应用。现在，我们已经无法想象没有硅芯片、硅产品的生活。铝也是如此，这是一种非常柔软的金属材料，但也是用了很长时间才最终走进了千家万户。

石墨烯优点众多：强度高、轻薄、导电、导热性能卓越。而且，我们还用了最短的时间让石墨烯走出实验室，投入产业研发和生产中。

以锂离子电池为例，如今新能源电动汽车以及其他器件中都装配有锂离子电池，大部分情况下，这些锂离子电池里含有石墨烯，以前以石墨为主，如今用石墨烯替换掉石墨，能够提升约百分之几的电池效率，仅仅这百分之几已经能算作很大的进步了。此外，石墨烯也逐渐扩展应用到其他领域，例如道路建设，还有其他复合型材料，比如橡胶、塑料和石墨烯复合以提高导电性能。

Q：如今市场上有很多“石墨烯产品”，那么石墨烯最终有望引领技术乃至产业界的彻底革新吗？

安德烈·盖姆：人们当然希望出现一些革命颠覆性的产品，不是说石墨烯没有这种可能，只是到目前为止，我们还没有走到这个阶段。石墨烯被认为是微电子领域的优良材料，但我认为其他二维材料也并不逊色，如果有一天石墨烯的其他“兄弟姐妹”材料完全替代了硅，而石墨烯让出了“领跑者”的位置，我本人并不会感到惊讶。

如今，仅中国一地，每年企业平均生产出数百吨石墨烯，但大部分是石墨烯粉末，将粉末掺杂入电池、塑料中，可以改变原材料的特性，掺杂入油漆中，可以让油漆更加持久耐用，从而节省成本，实现环保目的。但在我看来，这些不能算是真正的石墨烯产品。我们可以看到它们被称作“石墨烯油漆”、“石墨烯电池”，但我们应该清楚地知道，其实石墨烯只是稍微增强了原消费品的性能，而市场上有成百上千这样的所谓“石墨烯产品”，但我认为从现实意义上来说，它们并不是革命性的、颠覆性的产品，石墨烯在其中发挥了作用，但还没有惊人到没了石墨烯就不行的地步。

Q：2017年，与石墨烯相关专利数量登峰造极，随后则呈减少趋势，但国际上相关专利竞争仍然激烈。您认为专利对于石墨烯的研发与产业转化有什么意义？

安德烈·盖姆：我大约有10项专利，但我个人非常怀疑所谓专利的必要性，因为提到专利就得付钱。在我看来，专利往往只给专利法律师带来利益。如果你的产品已经准备好投放市场，那么你需要专利来保护自己的产品免受竞争对手的攻击。但如果你只是还在思考探索阶段，也没有开什么公司，那暂时没有必要考虑什么专利的问题。

Q：无论哪个科学领域，学术界与产业界之间总存在一定差距。根据您的亲身经历，在材料科学领域，您是如何弥补此间差距的呢？

安德烈·盖姆：如何弥补学术界和产业界之间的差距是一个非常重要的问题，因为这种差距随时随地都存在。以我自己研究的众多情况为例，我们能在实验室内自己制造出一些设备器件，但往往只是尺寸非常微小的器件，不过性能极佳。然后，过了一段时间之后，产业界的专家偶然间看到了我们实验产品的商业化可能性，他们就跑来问我们有没有兴趣和他们合作，建立工厂，大规模成批量地生产出数千吨的产品。

但我们这些在实验室的科学家没有实际生产的专业知识，也没有那么多时间，我们专注于研究其他课题。而产业界的专家没有掌握扩大规模的专业知识。因此，这两个世界之间存在着难以跨越的“鸿沟”。众所周之，世界各地的政府都尝试采取行动来弥补这种差距，他们会成立一些半盈利的政府组织，从学术思路的设计到中间准备阶段的技术，再到高级技术，以便让产业界更容易跨过“鸿沟”，与学术界搭建起合作的桥梁。

Q：您在曼彻斯特大学任教期间与中国学生有过怎样的合作经历？您对中国学生的评价如何？

安德烈·盖姆：这么多年来，我已经指导过几十名中国的博士生、博士后研究员。我本人更喜欢与博士生一起工作，他们都很有耐心，不急于求成。我们一起合作探索，展开研究大冒险，开启一些创新的研究工作。我曾经有一个中国博士生，我们一起画草图，这样的例子很多。甚至从头开始研究，例如原子尺度的质子传导材料研究，就是和中国博士生一起完成的。

每个中国留学生都有自己的优势和短板，但其中一些博士生、博士后确实是非常优秀的人才，他们很多如今已经返回中国，展开自己的科研生涯。我希望他们能够从我这边学到东西，科研要怀抱冒险精神，同时也秉持专业态度，另外也要学会如何发表更多更有影响力的科研论文。我会继续和他们合作。

另外，现在我正在和我以前的博士生一起撰写一篇论文。今年我已经和以前的博士生一起发表了两篇论文，一些研究成果来自中国，另外一些来自曼彻斯特大学。我们将所有结果结合到一起，因为并非所有设备都集中在某一个实验室，有些在中国，有些在英国。两地合作研究，可以让我们获得更多、更有影响力的研究结果。

Q：2017 年12月，清华大学与深圳市携手共建的“深圳盖姆石墨烯研究中心”以您的姓名命名，您如何参与、指导这个研究中心的科研活动？

安德烈·盖姆：对，深圳的“石墨烯研究中心”是与清华伯克利深圳学院共同建立的，这也是我与中国科学院院士成会明长期合作研究的成果之一，虽然我不会长期在深圳的石墨烯研究中心，但每年都会有访问交流，我数了数自己护照上的中国签证，2018年、2019年我差不多去了十多次深圳。在疫情之前，我们之间的访问交流非常密集频繁。疫情期间，虽然无法再来深圳了，但仍有很多远程合作，也发表了不少论文。我希望疫情过后能够有机会再次拜访深圳。 

盖姆在该研究中心演讲 | 图源：清华大学

毫不夸张地说，我们之间的合作是非常密集的，你们可以在百度上搜索我的姓名和深圳石墨烯研究中心，你们会找到很多论文，我们发表的成果对产业界也产生了深远的影响，所有的合作“热烈”而愉快，我觉得对“石墨烯研究中心”的一切投资都是非常有价值的。

感谢顶尖科学家论坛对本采访的联系和支持！