专访诺奖得主Andre Geim：被嘲没用的技术如今正改变世界

多年前，当被问到石墨烯为何尚未被广泛应用时，安德烈·盖姆（Andre Geim）还只能回答：“时间会证明一切。”经过 20 多年的发展，他见证了石墨烯从诞生、因开创性工作获得 2010 年诺贝尔物理学奖，到不被看好甚至被认为“石墨烯已死”，再到掀起学术界的研究热潮，广泛应用在人们生活和生产各个方面的“石墨烯万岁”。

安德烈是英国曼彻斯特大学教授，中国科学院外籍院士，英国皇家学会院士和美国国家科学院外籍院士。不久前，他参加了《麻省理工科技评论》在上海静安举办的 EmTech China 2025 全球新兴科技峰会并发表主旨演讲。

活动结束后《麻省理工科技评论》中国对他进行了深度访谈，从石墨烯发现和发展，谈到目前石墨烯产业化和全球合作。我们看到，新兴科技突破的背后离不开科学家对基础研究突破的极致探索：强烈的研究兴趣、勇于开拓知识边界的精神以及持续的好奇心缺一不可。

石墨烯领域“吃蟹第一人”

2000 年，安德烈基于青蛙的固有磁性实现将其悬浮，并因此获得伊格诺贝尔奖（IgNobel Prizes，另类诺贝尔奖），他是首位也是唯一同时获得诺贝尔奖和伊格诺贝尔奖的学者，还基于此保持着一项吉尼斯世界纪录。

（来源：资料图）

说起安德烈发现石墨烯的故事要追溯到 2004 年发表的那篇 Science 论文 [1]，当时他与其学生康斯坦丁·诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）采用极简的“胶带法”，首次从石墨中撕出单层碳原子薄膜。

这项研究来源于安德烈的想法：不妨去尝试一个“意想不到的方向”。实际上，这个领域对于他来说完全陌生——尽管当时他具有微型器件制造的研究经验，但其此前从未研究过碳材料和石墨材料。

彼时，领域内也并没有制备单层石墨烯的相关技术，尽管此前几十年以来研究人员已使用类似的方法观察石墨薄片：取一块石墨，用透明胶带撕下材料，再仔细研究石墨表面。姜达是安德烈团队第一个博士生（目前担任浙江工业大学研究员），他当时的课题是将石墨烯做得尽可能薄一些。为实现该目标，团队的最初方案是直接取石墨，然后通过研磨加工成极薄的薄片，但研究进展始终缓慢。

直到有一天，安德烈团队成员从废纸篓捡来的、粘着石墨薄片的胶带中获得灵感，他们使用另外的胶带将前者粘贴再撕开，然后将其反复剥离。之后，研究人员将超薄石墨片放在显微镜下观察。观察到那些超薄石墨薄膜是一个关键的时刻，当胶带上残留的石墨碎片呈现透明状态时，能直观感受到其纤薄本质。之后，他们从这种材料中提取出厚度仅一个原子的平面。

安德烈对《麻省理工科技评论》中国表示：“当我看到表面有一些石墨碎片时，觉得很有趣。但有些结果确实超出了我的预想范畴，以我当时的专业背景来看，这原本就像天方夜谭——毕竟自然界本就不允许这种操作。”

（来源：资料图）

石墨烯所展现出的特性首次揭示了其与接近光速运动的粒子相对论物理特性相似的特性。在研究这种材料和它的电子特性时，安德烈惊讶地发现，石墨烯与母体材料的差异之大超乎想象。通常情况下，切开一块材料时，其特性与母体会完全一致。

但他们的研究证明，包括石墨在内的二维材料完全打破了这个常规认知。取一小块材料时，其特性不仅完全不同，某些性能甚至超越了块体材料，具体表现为：石墨是一种非常柔软的材料，而石墨烯是迄今已知的强度最高的材料之一；石墨在层间方向导电性较差，而石墨烯室温下的载流子迁移率比铜高出数千倍。

当研究团队深入研究这些特性时，也受到了不少质疑。安德烈指出，突破的本质正是那个结果好到“让人难以置信”的“尤里卡”时刻。之后在经历不到一年时间后，他们取得了预期成果，之后便像滚雪球般越滚越大。

尽管此前领域内很多研究者也曾进行相关尝试，但安德烈通过机械剥离法成功找到制备单层石墨烯的方法，成为石墨烯领域“第一个吃螃蟹的人”。不仅验证了石墨烯在常温常压下的稳定性，还探索了其新奇的电子输运特性。

从不被看好的“石墨烯已死”，到广泛应用的“石墨烯万岁”

2007 年，安德烈撰写了《石墨烯的崛起》（The rise of graphene）[2]，这是其极少撰写的评论论文之一，截至目前在谷歌学术引用量已超过 5 万次。他进一步说道：“有意思的是，当时我本想用‘石墨烯已死’作为这篇评论的结尾。那时我们自认为对石墨烯了如指掌，也基本穷尽了可用资源来研究其最简单的形态。”

回顾二十年以来石墨烯的发展，以“石墨烯万岁”之势持续发展。如今该领域仍在不断带来惊喜：每天有数十篇论文发表，并且每周至少有一篇突破性的重磅成果。石墨烯的发现不仅是凝聚态物理学领域的重大突破，更对众多相关领域产生了深远的影响。

自从“撕”出单层石墨烯之后，学术界逐渐掀起研究石墨烯和二维材料的热潮，科学家们像在原子尺度上玩乐高积木那样，不断尝试重构和设计各种新型材料。二维材料家族也开始向多样性发展，科学家们陆续用胶带“撕”出过渡金属硫族化合物（如 MoS2）、六方氮化硼（h-BN）、黑磷（Phosphorene）等新型二维材料。

（来源：《麻省理工科技评论》中国）

安德烈的研究体现了对基础科学突破的极致探索，截至目前他已发表 SCI 论文 300 余篇，其中近 50 篇被引用千次以上，10 篇被引用万次以上，还有两篇论文入选了 Nature 评选的“历史上被引用次数最多的 100 篇论文”。

即便获得诺奖，他仍未停止探索的步伐，并持续尝试探索新方向。今年 8 月，他与团队在 Nature 报道了一种新型电子器件结构，通过在石墨烯附近放置间距为 1 纳米的石墨栅极，实现了石墨烯晶体管电子质量的革命性提升，为改善石墨烯及其他二维体系的电学质量提供了一种可靠途径 [3]。最近其还有一项关于二维水方向的研究发表于 Nature，揭示了存在于环境湿度微裂隙中的水分子自我调节的方式[4]。

安德烈基本每五年左右就要调整研究方向，有时会更快，迄今为止他已有约 10 次涉足完全陌生的领域的经验。但这需要勇气也需要契机，只有恰逢其时地进入某个领域，并拥有合适的资源支持和恰当的研究课题时，才有可能取得成功。在他看来，获得诺贝尔奖的突破性成果“极为罕见”。

他指出，发表某一篇论文未必会产生多大影响，但这些研究会为领域内的其他研究人员发现新现象提供帮助或思路。“我专注基础研究，无论是二维碳材料、二维水还是其他材料，希望通过深入研究来探索它们未知的特性。这些研究成果正逐步转化为应用领域的新技术，最终将学术知识转化为产业界的实用方案。”

图丨安德烈·盖姆（Andre Geim）（来源：《麻省理工科技评论》）

安德烈认为，不是需求驱动了生产，而是生产试图创造出需求。随着石墨烯技术的发展，在世界范围内已有数百家企业将石墨烯商业化发展，而中国在该领域表现出产业化和基础研究的双重优势。近年来，安德烈与中国的相关公司和科研机构保持密切合作，不仅助力推进石墨烯在中国的应用和技术发展，而且还累积培养了数十名中国的研究生。

从领域整体发展来看，基于石墨烯的创新结构或材料应用，能够帮助产品大幅提升相关性能、寿命以及降低成本，其涵盖范围广泛，包括电池电极、热管理、防污涂料、轮胎、电子设备等众多领域。未来二维材料还有望应用于柔性可穿戴电子领域，而该方向也还有很大的探索空间。

具有颠覆性意义的新兴技术可被预测吗？

英国科幻作家亚瑟·查理斯·克拉克（Arthur Charles Clarke）曾说过：“任何足够先进的技术，初看都与魔法无异。”那么，我们可以在早期发现具有颠覆性意义的新兴技术吗？安德烈认为，颠覆性技术很难被提前识别，他举例说道：“我们二十年前启动的石墨烯研究，当初并未考虑其对生活和生产的影响，如今这些微小的石墨烯片能通过常规工艺在工业领域发挥实际作用。”

因此，只有当人们的认知度提升到一定程度，量变达到了质变的飞跃时，才会意识到某个技术是具有颠覆性的。就像在几十年前，人们或许不会想到智能手机可以应用人脸识别等功能，也无法想象 AI 迅速发展所带来的广泛影响。

科学是照亮世界的火把，但需要看到的是，目前全球也在共同面临地缘政治和技术壁垒等复杂的国际环境。那么，应该如何在不确定的环境中去寻找最优解呢？

安德烈指出，“我们正身处国际关系的寒冬期。每当有人试图筑起新的壁垒，我都会切身感受到这些障碍的存在。如今在西方国家，从中国、俄罗斯、伊朗等国家引进人才变得异常困难，我始终认为这种隔离其他国家参与到科学研究的做法并不明智，甚至是一项极其糟糕的政策——科学的发展不能故步自封，知识本应是全人类共享的财富。

就像农业问题：某些政客或许认为能在自家小菜园里种出粮食，但若真这么做，世界终将面临饥荒危机，科学领域同样如此，这本质上是一场“双输”的局面。如果在这样的环境下，即使是顶尖科学家也难有作为。

（来源：《麻省理工科技评论》中国）

实际上，科学家在用他们积累的知识和成果不断突破认知的边界，基础科学的重要性在于作为科学技术体系“金字塔”的底层支撑，在项目早期非常需要资金支持。尽管没有一套“魔法公式”够提前预测未来，但在某天这些前沿知识有可能会转变成提升普通民众更美好生活品质的颠覆性的技术。

安德烈将当下主流的研究范式称为“围栏式”，虽然这种研究范式相对稳定和可预测。但他更喜欢在不同领域间自由切换，在他看来，其从事的蓝天研究和基础研究本质往往是出人意料的，即便其中 99% 当时看上去是错误的或者不被理解的。

他更喜欢在尚未充分发展的领域中开辟新天地，这种探索需要具备创新性：既有积累的知识储备或已验证的理论，也要能够为该领域带来新突破。这种勇敢跳跃到“知识空隙”的魄力，正是驱动认知边界突破的重要动力源泉。

参考资料：

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

运营/排版：何晨龙