華為也跪了,石墨烯的百年難題,竟被這個中國學生解決了!_風聞
观察者网用户_244166-2019-04-20 22:15
作者:莎莎
自從智能手機進入大屏時代,電池不耐用的短板越來越明顯。
看着那些強行塞下超大電池厚成磚的手機,學霸君更期待手機電池何時會迎來新技術突破。
其中,這個叫石墨烯的材料大家再熟悉不過了,據稱用它做出的電池能夠“充電十分鐘,待機一整天”。
雖然學霸君不知道用石墨烯打造的電池有多厲害…….
但在某寶上,號稱採用石墨烯電池的充電寶已經滿大街跑啦。
理論上,石墨烯電池在真能做到 20000 毫安僅 4mm 的厚度,但某寶的這些…..學霸君怎麼看都覺得太假了吧!
要真有石墨烯電池,手機廠商早就替老羅做出「劃時代的產品」。
當然,石墨烯技術也不是沒有應用在手機上,像華為就在散熱方面用上石墨烯技術,散熱飛快。
要應用在電池上那就不用想了,沒學走就想學跑,先解決石墨烯超導這個百年難題再説吧。
PS:物理知識科普時間,石墨烯擁有優秀的導電性,過去卻難以實現零電阻,石墨烯超導就解決了這個問題。
還真別説,這個 22 歲的中國學生就率先解決了石墨烯超導的百年難題。
享譽全球的《Nature》(自然)雜誌不僅接連發了他兩篇學術論文,還稱他為「石墨烯的駕馭者」。
更沒想到的是,《Nature》後來將他評為 2018 年度十大科學人物,直接位居榜首。
他的名字叫——曹原。
1
一個「扭一扭」的想法,扭出了零電阻的石墨稀
事情還要從這個年輕人的求學之路説起。
曹原在進入麻省理工學院攻讀博士的時候,機緣巧合下,加入了「石墨烯大牛組」的 Pablo Jarillo-Herrero 團隊,藉此學習自己最想學的課程。
其實這幾年,石墨烯技術是很熱,但也一直沒有很大突破。
小夥子曹原初生牛犢不怕虎,決定做個有意思的實驗,
在一次考察堆疊的雙層石墨烯的實驗,不知是不是在吃奧利奧時得到靈感,居然想把雙層石墨烯其中一層相對另一層旋轉極小的角度,看看會發生什麼。

通過微扭造成各種不同的角度,他發現在特定角度下,導電的石墨烯就變成了絕緣體,這對石墨烯領域來説算得上是巨大的影響了。
不過後面才是重點,因為曹原還發現稍微調整一下電場,扭曲的雙層石墨烯還能變成一個超導體。
要知道,石墨烯超導當時在國際科研領域仍然是空白狀態。
也許有人問學霸君:超導是什麼?超導就是零電阻。
舉個例子,我們平時用的充電寶就存在電阻,手機充電的時候就會發熱,轉換率低(通常在 70-90%)。
如果讓充電寶用上超導石墨烯,那它就是零電阻,轉換率 100%,到時候手機充電十分鐘,待機一整天都不是難題。
最終曹原用自己多次的實驗技巧,確定了使雙層石墨烯扭曲變化的特定角度,大家都稱這個角度為石墨烯「魔角」。
很多研究團隊陸續通過實驗,印證了「魔角」的現象,甚至連業界都普遍認為曹原的石墨烯「魔角」將開啓石墨烯的一個全新領域。
每年《Nature》十大科學人物的封面都是大大的數字「10」,今年的「10」就被處理成一個正六邊形,點出了曹原的石墨烯超導的「魔角」。
為了讓大家更瞭解「魔角」的原理,曹原參加了 APS March Meeting。
大家都對石墨烯超導「魔角」非常感興趣,不少人為了聽他演講硬是擠滿到樓上去了。
PS:APS 是美國物理學會主辦的年會,是整個物理學領域都是最為重大的國際學術會議之一。
2
別人眼裏的皮,副校長眼裏的愛學習
其實曹原能夠發現石墨烯魔角,還離不開他從小在國內接受的教育。
都説好動是孩子的天性,而曹原不僅好動,好奇心還極強。
他經常因一個問題和老師瘋狂「頂嘴」,為了理解一些物理結構,隨手就對教室的課桌、椅子、黑板、投影儀等下「毒手」,親自動手拆解一遍又裝回來。
有一次,曹原做實驗沒有硝酸銀,直接把家裏的銀鐲子偷出來溶了,他的種種行為,在大家眼裏簡直是個「混世魔王」。
但不得不説曹原的運氣實在太好了,就連學霸君也感到酸了。
讀初中的時候,曾在中科大少年班教書 20 年的副校長把他引薦到中科大少年班,從此開始了開掛人生。
當我們還在背元素週期表時,曹原已經完成了小學到高中的所有課程。並在 14 歲時提前參加了高考,以 669 分的成績考進中科大少年班學院「嚴季慈物理英才班」。
在中科大少年班的這段時間,曹原的成績實在太突出,很快成為老師關照的重點對象之一。
當時中科大少年班就有個叫丁澤軍的教授,他對學生要求相當嚴格,嚴到無數天才少年都聞風喪膽,簡直就是學校裏的「魔鬼教導主任」。
有次丁澤軍教授給曹原佈置了一個計算機物理相關學習研究項目,很難一人獨立完成。不過曹原恰好對這方面非常感興趣,堅持自己查資料自己解決問題,僅一個寒假就完成了。
後來,曹原還前往密歇根大學交流學習;在牛津大學進行科研實踐;最後畢業時還拿到了中科大本科最高榮譽的「郭沫若獎學金」。
在大家看來,曹原在大學畢業前的這些事蹟,簡直就是典型的開掛人生。
但對精密機械、電子電路等多方面的感興趣的曹原來説,他只是跳過中學裏一些無趣的部分,想要更快的踏入科學領域探索學習。
曹原的實驗導師 Jarillo-Herrero 就很喜歡他這一點,永遠保持着好奇心去驅動學習,即使遇到挫折也會打起精神接着幹!
有次曹原在實驗室發現了一組激動人心的數據,他認為這可能是重大發現,激動得他用了 6 個月的時間去費心解讀。
結果只是實驗裝置的巧合所鬧出的「烏龍」,而曹原並沒因此氣餒,轉頭又繼續埋頭研究去了。
(圖源 MIT News)
很多人都説曹原作為一箇中國人,在美國取得了巨大成就,讓我國的科研人才流向國外。
在學霸君看來,人才是科研確實是創新的第一要素,但無論曹原在哪裏發現了什麼成果,都無法改變他是個中國人的事實,畢竟科學無國界,但科學家有祖國。
至於石墨烯的科研方面,學霸君發現歐洲早在 2016 年就啓動了石墨烯旗艦計劃,但科研創新的物理內容越來越少,甚至被很多人稱為騙局,使得科研團隊對石墨烯的研究越來越低迷。
如今曹原這個中國 96 後的博士生,在石墨烯領域為他們指出了超導體的方向,再次讓石墨烯技術成為一個可期待的未來。
畢竟,你可能想不到,之前名頭最響的石墨烯產品是……石墨烯套套。
參考文獻:
知乎:如何評價22歲MIT博士曹原獲評Nature2018年度十大人物之一,並居榜單首位?
https://www.zhihu.com/question/306192676
如何評價 MIT Pablo Jarillo-Herrero 研究組在石墨烯超晶格體系中發現超導?
https://www.zhihu.com/question/268268033
http://www.sznews.com/tech/content/2019-02/21/content_21421989.htm
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1622171470658996823&wfr=spider&for=pc
http://www.sznews.com/tech/content/2019-02/21/content_21421989.htm
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1629049288140836307&wfr=spider&for=pc
http://www.pinlue.com/article/2018/11/3013/587731225605.html
http://dy.163.com/v2/article/detail/ECISG77U05370G6Z.htm
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1622171470658996823&wfr=spider&for=pc
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1627783210501552189&wfr=spider&for=pc
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1626245125966066274&wfr=spider&for=pc
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1595157213673505343&wfr=spider&for=pc
https://www.laoyaoba.com/html/share/news?source=app_android_v9&news_id=712709&fromShare=android
http://baijiahao.baidu.com/s?id=1599422394141072009&wfr=spider&for=pc
http://www.360doc.com/content/18/1130/17/34764288_798398570.shtml
https://zhuanlan.zhihu.com/p/52727076
https://www.zhihu.com/question/306192676/answer/556812600
https://www.zhihu.com/question/268268033
https://www.zhihu.com/question/19862704/answer/74254173
https://www.zhihu.com/question/309122123/answer/590790195