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科研成果:高端成果往往只需朴素手法,如盖姆和诺沃肖洛夫分离石墨烯

更新时间:2024-09-19 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

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八月。fup物理好资源网(原物理ok网)

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不能急躁,不能着急,不能功利,一定要冷静,任何违背科研规律的行为,最终都会受到法律的制裁。fup物理好资源网(原物理ok网)

作者:Luke Wenfup物理好资源网(原物理ok网)

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2010年10月5日,英国曼彻斯特大学的海姆教授和诺沃肖洛夫教授共同获得诺贝尔物理学奖,他们的研究成果极其引人注目,因为成功证明了一条定律:fup物理好资源网(原物理ok网)

高端的科研成果往往只需要最简单的研究方法。fup物理好资源网(原物理ok网)

Geim 和 的研究成果是成功分离了石墨烯,石墨烯是一种单层结构的石墨,厚度只有一个碳原子。简单粗暴地说,你可以把它看作一大块石墨被切开,当它变得最薄时,剩下的一层就是石墨烯。fup物理好资源网(原物理ok网)

石墨烯具有优异的性能,包括但不限于:重量最轻、硬度最高、导电性最好等等。fup物理好资源网(原物理ok网)

注意重点是多个“最”,一般来说,一种材料有一个“最”就不错了,但石墨烯居然有多个“最”,而且buff都堆得满满的,所以石墨烯又被称为“新材料之王”。fup物理好资源网(原物理ok网)

但问题是石墨烯一直被认为无法单独存在,需要一些特殊的方法才能分离,自上个世纪以来无数科学家都在研究分离方法。fup物理好资源网(原物理ok网)

这些方法非常复杂,通常需要添加一种或多种材料,并且需要很多步骤,非常耗时且成本高昂。fup物理好资源网(原物理ok网)

这很正常,毕竟是“新材料之王”,哪有那么容易得到的?因此,研究人员普遍认为,需要复杂的方法。fup物理好资源网(原物理ok网)

无一例外,这些分离石墨烯的努力全部失败了,直到2004年,海姆偶然看到自己的学生用胶带粘在石墨表面,他突然有了一个想法:能不能直接用胶带把石墨烯分离出来?fup物理好资源网(原物理ok网)

受此启发,海姆和诺沃肖洛夫合作,先将胶带贴在石墨表面,这样就贴上了大量的石墨层,然后他们将胶带对折,重新贴上去,再拉开,石墨层数就变得太薄了。fup物理好资源网(原物理ok网)

这个过程重复多次,石墨层越来越薄,直到最后得到厚度只有一个碳原子的石墨,这就是石墨烯,首次成功分离出石墨烯。fup物理好资源网(原物理ok网)

无数科学家尝试了无数复杂的方法都没能分离出石墨烯,最后只能用胶带把它粘下来,这种简单粗暴的工艺,成为了科学界的一个传奇。fup物理好资源网(原物理ok网)

石墨烯的成功分离也证明一个理念,那就是科学研究不一定要复杂,也可以简单,高端的科研成果可能只需要最简单的研究方法。fup物理好资源网(原物理ok网)

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海姆和诺沃肖洛夫fup物理好资源网(原物理ok网)

在海姆和诺沃肖洛夫获奖13年后,科学界再次发生了类似的事件,而这一次网校头条,比石墨烯更大、更爆炸性。fup物理好资源网(原物理ok网)

近日,韩国一支团队发表论文声称,他们成功制备出一种名为“LK-99”的室温超导材料,所谓室温超导材料,就是能够实现零电阻、抗磁性的材料。fup物理好资源网(原物理ok网)

这篇论文一经发表,瞬间震惊了全球超导研究界,全球各地的实验室开始加班加点,尝试按照论文中的数据和方法复现实验。fup物理好资源网(原物理ok网)

甚至有人直接在直播中复现了该实验,截至目前,直播间已经关闭,看来复现并没有成功。fup物理好资源网(原物理ok网)

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当然,我国也有很多团队试图复现该实验,7月31日,北航研究团队宣布,按照论文中的方法准备材料后,未能复现韩国团队的实验结果。fup物理好资源网(原物理ok网)

同一天,美国国家实验室的研究人员也发表论文,声称经过大量计算,韩国团队发现的新材料在理论上是可行的。fup物理好资源网(原物理ok网)

现在事情变得有趣了。实验未能重现,但计算表明理论上是可行的。fup物理好资源网(原物理ok网)

超导是否真实,理论计算结果是否准确,只能通过不断进行实验来验证。fup物理好资源网(原物理ok网)

而让这场超导争议走向高潮的,是B站UP主“关山口男技师”8月1日发布的LK-99验证视频。fup物理好资源网(原物理ok网)

在这段验证视频中,华中科技大学材料科学与工程学院博士后吴浩、博士生杨莉在常海欣教授的指导下,首次成功验证了可磁悬浮的LK-99晶体的合成。fup物理好资源网(原物理ok网)

据UP介绍,他们这次合成的悬浮晶体,悬浮角比韩国团队演示的更大,初步验证了迈斯纳效应,但由于这次合成的晶体数量较少,他们还要多烧几批样品出来测试一下抗性。fup物理好资源网(原物理ok网)

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另外,就在今天上午,东南大学物理学院超导研究团队孙悦教授在B站发布了最新成果:fup物理好资源网(原物理ok网)

LK99在常压下成功观察到110K(-163℃)以下的零电阻!fup物理好资源网(原物理ok网)

孙教授说:fup物理好资源网(原物理ok网)

这或许是超导的证据,但是否是超导还需要进一步的实验证实。fup物理好资源网(原物理ok网)

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值得强调的是,这项研究并不意味着证实或发现室温超导性。fup物理好资源网(原物理ok网)

但这并不影响它的价值和意义,正如华南理工大学席志熙教授在知乎上的评论:fup物理好资源网(原物理ok网)

非常震撼,比前两天华中科技大学的结果更震撼,远远超出预期!fup物理好资源网(原物理ok网)

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因此这项研究也引发了众多关注,截至发稿时,阅读量已超过251万次。fup物理好资源网(原物理ok网)

如果真的实现了室温超导,毫不夸张地说,人类即将进入一个革命性的新时代!fup物理好资源网(原物理ok网)

第一次革命是室温可控核聚变,可控核聚变之所以如此困难,是因为反应堆运行时,其内部温度可达数亿摄氏度,普通材料根本无法承受,只能用电来实现,产生的磁场是受限的。fup物理好资源网(原物理ok网)

问题是,当电能产生磁场时,由于电阻的存在,大部分电能都转化成热能而被消耗掉,导致今天的核聚变无法解决输入超过输出的问题,因而并不实用。fup物理好资源网(原物理ok网)

所以核聚变的一大瓶颈就是电阻,而要降低电阻,最好的办法就是实现超导,过去超导只能在低温下实现,全世界共同努力建成的国际热核聚变反应堆(ITER)就采用了超低温超导技术,但因为需要复杂的液氦冷却系统,工艺复杂,成本高昂,已经耗费1000多亿元,至今还未完工。fup物理好资源网(原物理ok网)

如果实现室温超导,就不再需要制冷设备,受控核聚变的难度立刻降低90%以上,核聚变发电商业化也就不远了,到时候电费最便宜。fup物理好资源网(原物理ok网)

发电问题解决了,输电问题也可以用超导来解决,过去三峡大坝发了10亿千瓦时的电,但经过长距离输电网输送后损耗能达到三分之一,所以只能通过超高压输电网高中物理低温超导,可以减少损耗,但投资巨大。fup物理好资源网(原物理ok网)

采用室温超导材料,电阻无限接近于零,传输电流不会有任何损耗,还能几何级地减少传输损耗,进一步降低用电成本,当电能极其便宜的时候,将给人类带来莫大的福祉。fup物理好资源网(原物理ok网)

用电力来淡化海水,意味着淡水资源取之不尽,沙漠直接变成森林;fup物理好资源网(原物理ok网)

可以利用移动光源照亮温室大棚,进行立体种植,这意味着人类将有吃不完的粮食和蔬菜;fup物理好资源网(原物理ok网)

利用电能可以将二氧化碳合成淀粉,如果用来喂养牲畜,就意味着人类将有吃不完的肉。fup物理好资源网(原物理ok网)

城市里的霓虹灯永不熄灭,永远是一片绚烂的星海;fup物理好资源网(原物理ok网)

在交通运输领域,高铁将实现磁浮,不但票价便宜,而且运行速度更快,一个小时可以行驶数千公里。fup物理好资源网(原物理ok网)

在医疗行业,医院常见的MRI(磁共振成像)技术将因超导技术的实现而迅速变得更便宜,让每个人都能用得起;fup物理好资源网(原物理ok网)

就连我们的电动车,也因为使用了超导材料,充一次电就能跑2000公里。当然,我更愿意相信,有了室温超导,我们很可能就不需要电动车了。还有更先进的交通工具;fup物理好资源网(原物理ok网)

很多行业都会因为室温超导而发生革命,我们无法一一列举。总之,如果室温超导是真的,我们想象中的未来世界似乎并不遥远。fup物理好资源网(原物理ok网)

因为这件事情太严重了,所以我看到这个新闻之后的第一个反应就是,这是不是又一起学术造假事件。fup物理好资源网(原物理ok网)

之所以要再说一遍,是因为很多人对“迪亚斯事件”印象很深,今年3月,美国罗切斯特大学迪亚斯教授发表论文,声称自己成功发现了室温超导材料,立刻引起了全世界的关注,世界舆论为之震惊。fup物理好资源网(原物理ok网)

但很快,骗局就被揭穿了。由于迪亚斯的实验过于复杂,没有一个科研团队能够复制它。在科学研究中,可复制性是真实性的关键。fup物理好资源网(原物理ok网)

无法复制的实验99%可能是假的。fup物理好资源网(原物理ok网)

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迪亚兹本人fup物理好资源网(原物理ok网)

随后,迪亚兹本人也被曝出有犯罪前科,2017年他还卷入了一起大新闻,哈佛大学伊萨克教授声称自己成功制备了金属氢。fup物理好资源网(原物理ok网)

一旦实现金属氢,可控核聚变90%的实际问题将得到解决,从而带来第四次工业革命,因此被誉为“物理学的圣杯”。fup物理好资源网(原物理ok网)

但很快,当世界各地的参观者都想去哈佛大学实验室一睹金属氢的真面目时,艾萨克教授却声称,由于操作不当,“金属氢消失了”,和“扇贝消失了”有着异曲同工之妙。fup物理好资源网(原物理ok网)

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迪亚斯当时是艾萨克教授团队的成员,参与了整个过程。fup物理好资源网(原物理ok网)

所以当韩国的“LK-99”室温超导材料公布时,外界的第一反应普遍是——这不会是另一个迪亚斯吧。fup物理好资源网(原物理ok网)

不过“LK-99”和迪亚斯最大的区别就在于,它非常简单。fup物理好资源网(原物理ok网)

迪亚斯提到的室温超导材料难以复现的一个重要原因就是他设计的实验太复杂了,越复杂他越能推卸责任,你复现不了,那是你水平不够,怪我吧。fup物理好资源网(原物理ok网)

LK-99的制备几乎不难,这里就不说专业术语了,大家可以简单粗暴的理解就是只要把铅、磷等材料按照一定的比例混合,然后放进高压锅里煮几秒钟,就能得到铅磷灰石,也就是LK-99。fup物理好资源网(原物理ok网)

整个过程简单到连高中生都能完成,复现难度为零,也难怪会有人指责,此时全球已经有无数团体在进行实验,能不能复现也很快就会知晓高中物理低温超导,这大大增加了实验的可信度。fup物理好资源网(原物理ok网)

从上限角度来说,如果LK-99真的是常压室温超导材料,那将是人类历史上最搞笑的事情。fup物理好资源网(原物理ok网)

因为在这样的条件下用高压锅做饭,一百年前是没有问题的。也就是说,我们一百年前就应该实现室温超导,一百年前就应该开启第三次工业革命。一百年来,世界走了那么多弯路,投入了无数的资源,用了无数艰难的方法,而这些全都是不必要的。fup物理好资源网(原物理ok网)

这将再一次证明,高端的科研成果只需要最简单的研究方法。fup物理好资源网(原物理ok网)

从下限来看,如果LK-99在常压下不是一种室温超导材料,那么按照各方的解读,它也很有可能是一种很好的反磁性材料,理论上有很广泛的应用前景,比如磁悬浮等,而且按照LK-99这种简单的制备方法,未来可以生产出更多更好的反磁性材料。fup物理好资源网(原物理ok网)

无论是上限,还是下限,目前的信息实在太混乱,只能拭目以待了。fup物理好资源网(原物理ok网)

如果这是上限的话,很多人都会感到意外,这个成就是韩国取得的,其实也没什么好意外的,韩国这些年在科研上投入了真金白银。fup物理好资源网(原物理ok网)

与我们的想象相反,一些发达国家在科研方面的投入并没有传说的那么高。fup物理好资源网(原物理ok网)

例如英国,科研投入占GDP常年不足2%,多数发达国家不超过3%,而韩国则超过4%,在发达国家中名列前茅。fup物理好资源网(原物理ok网)

在科研方面,韩国同样存在“三星问题”,其科研投入51%来自三星,形成高度依赖,例如LK-99研究团队的部分成员就来自三星旗下的高丽大学。fup物理好资源网(原物理ok网)

抛开依赖性问题,这样的投入不可能没有成果,以2021年“自然指数”为例,虽然韩国与中国、美国差距很大,得分只有1560.62,但在全球排名第七也不算低。fup物理好资源网(原物理ok网)

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《自然》杂志编制发布的“自然指数”是衡量科研质量的重要指标,位列世界第7位绝非浪得虚名。fup物理好资源网(原物理ok网)

比起投入,科研的耐心更值得我们思考,本次研究的三位主要成员金智勋、李石培、权永完均已从事相关研究二十余年。fup物理好资源网(原物理ok网)

需要二十多年的潜心研究才能有成果,但到最后,可能真的不算是成果,这也是科学研究的一个缩影,绝大多数科研人员一生投入了无数的努力,却没有发现什么有价值的规律或者材料,只是积累了一些数据而已。fup物理好资源网(原物理ok网)

后来者不断积累数据,量变逐渐走向质变,连牛顿都说自己是站在巨人的肩膀上,而这个巨人就是无数无名前辈积累的数据。fup物理好资源网(原物理ok网)

我们可以举一个场景来描述科研的本质,假设你是一名科研人员,需要发明一种新材料,发明的组合可能有上万种,你不知道哪一种才是对的。fup物理好资源网(原物理ok网)

唯一的办法就是把这一万条路都走一遍,有明确方向的情况下还是这样,大部分科研活动都是没有方向的,你可能走了十万次才发现都是弯路。fup物理好资源网(原物理ok网)

有时你会非常幸运,一次尝试就能通过关卡,但这种情况极其罕见。大多数人一辈子都无法取得任何成就。fup物理好资源网(原物理ok网)

如果你指望今天投资一万亿,明天弄一台EUV光刻机,后天发现一个开创性的物理定律,然后拿个诺贝尔奖,那你很有可能会失败。毕竟科研是一个不能设定KPI的活动。这就是科研的规律。fup物理好资源网(原物理ok网)

不能急躁,不能着急,不能功利,一定要冷静,任何违背科研规律的行为,最终都会受到法律的制裁。fup物理好资源网(原物理ok网)

—结束—fup物理好资源网(原物理ok网)

☀本文精选自路克文工作室(),卓见网经授权发布,部分内容来自量子比特、差评。fup物理好资源网(原物理ok网)

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