楊培東:這種材料能做手機透明電極 還能探人腦

        一種只有頭發(fā)絲1/1000粗的納米材料，正在開(kāi)創(chuàng )納米科技的嶄新歷史。

　　這是半導體納米材料，繼量子點(diǎn)、碳60、碳納米管之后的第四類(lèi)納米材料。

　　1993年開(kāi)始，加州大學(xué)伯克利分校教授、美國科學(xué)院院士、材料學(xué)家楊培東和他的導師所做的原創(chuàng )性工作開(kāi)創(chuàng )了這個(gè)新領(lǐng)域。

　　最近，楊培東接受網(wǎng)易科技專(zhuān)訪(fǎng)，他告訴網(wǎng)易科技，20年過(guò)去，人類(lèi)已經(jīng)對半導體納米材料的合成、控制、物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)有了相當的認知積累，并且已經(jīng)看到它能夠在能源轉換、生物醫藥方面發(fā)揮重大作用。

　　做“不一樣的東西”

　　出人意料的是，1993年前后，這項研究開(kāi)始時(shí)，半導體納米材料并不熱門(mén)。楊培東回憶，那時(shí)熱門(mén)的是碳60和碳納米管。

　　楊培東和他的導師選擇了做一些“不一樣的東西”。他向網(wǎng)易科技表示：“跟著(zhù)別人做，會(huì )相對簡(jiǎn)單。但是，那樣影響力就不大，因為你不是開(kāi)創(chuàng )一個(gè)領(lǐng)域的人。原創(chuàng )是科研的基石，只有你有原創(chuàng )精神，才能產(chǎn)生一個(gè)新的東西，才會(huì )最終對社會(huì )有一個(gè)非常大的影響。”

　　他說(shuō)：“當開(kāi)始一個(gè)研究領(lǐng)域的時(shí)候，最重要的應該是前期的積累。前期積累到你第一個(gè)要想到做這個(gè)事情，這就是好奇心，是原創(chuàng )性，或者是一種不要去人云亦云做科研的一種精神。”

　　突破性應用落地

　　目前，半導體納米材料的一些突破性應用已經(jīng)在逐漸落地。

　　楊培東的實(shí)驗室在利用半導體納米導線(xiàn)在廢熱發(fā)電上已經(jīng)取得非常大的進(jìn)步。“主要我們發(fā)現把半導體做成這個(gè)納米導線(xiàn)以后它是一個(gè)非常好的熱電材料。熱電材料通常是用來(lái)做熱跟電的一個(gè)轉換的一個(gè)材料，它的轉換效率就會(huì )很高。“楊培東解釋?zhuān)嘎?，半導體納米導線(xiàn)用來(lái)做廢熱發(fā)電已經(jīng)在他的第二個(gè)公司產(chǎn)業(yè)化了。

　　另外一個(gè)例子是嘗試用半導體納米材料實(shí)現“人工光合作用”。楊培東解釋?zhuān)雽w納米導線(xiàn)是高比表面積的半導體，對吸收太陽(yáng)光非常厲害。“所以我們就用半導體納米導線(xiàn)來(lái)做人工光合作用，因為人工光合作用需要光、需要光吸收、需要光催化?，F在半導體納米導線(xiàn)也就是在我們的人工光合系統里頭是一個(gè)不可或缺的一個(gè)部分。”

　　他同時(shí)透露，用半導體納米導線(xiàn)也可以來(lái)做人工光合作用，做手機里的透明電極，甚至可以探測細胞和人腦，將來(lái)在生物技術(shù)上也會(huì )有突破性的應用。

　　以下為網(wǎng)易科技專(zhuān)訪(fǎng)楊培東部分采訪(fǎng)實(shí)錄：

　　網(wǎng)易科技：您為什么愿意加入“未來(lái)科學(xué)大獎”的評選，成為他們科學(xué)家委員會(huì )的成員?

　　楊培東：我想在中國設立這么“未來(lái)科學(xué)大獎”是一個(gè)很好的事情，因為這應該是中國民間發(fā)起的第一個(gè)高標準、有深遠影響的科學(xué)大獎，這在國外已經(jīng)有很多了，當然大家大家最熟悉的是諾貝爾獎。十年前Kavli基金會(huì )又成立了Kavli大獎，主要是獎勵像納米技術(shù)、腦科學(xué)、天文物理方面的。在其他國家也很多這樣那樣的高標準的這種科學(xué)大獎，日本也有、韓國也有，當然在中國香港、中國臺灣也已經(jīng)有了。

　　在中國大陸出現一個(gè)民間發(fā)起的科學(xué)大獎，這對于鼓勵促進(jìn)原創(chuàng )性科研有突破性的科研這方面，應該是一個(gè)很大的促進(jìn)作用。在過(guò)去二三十年中，中國對基礎科研的投入越來(lái)越大，這個(gè)的確看到，比如說(shuō)在物理、化學(xué)、生物，計算機、數學(xué)等領(lǐng)域有很多這樣那樣的突破性成果，所以現在是很好的時(shí)間點(diǎn)，這個(gè)時(shí)間點(diǎn)正好我們可以來(lái)鼓勵、表?yè)P在過(guò)去二三十年當中那些有突破性、有原創(chuàng )性的科研。

　　當然，另外一個(gè)層次，作為一個(gè)未來(lái)大獎，更要鼓勵我們的年輕一代的科研工作者來(lái)做更多的原創(chuàng )性的，有突破性的科研。

　　網(wǎng)易科技：我知道您本人的研究領(lǐng)域是半導體納米材料。您介紹過(guò)它用于廢熱發(fā)電和人工光合作用，覺(jué)得非常有意思。您的研究領(lǐng)域在整個(gè)納米材料的學(xué)科體系當中，處于一個(gè)什么樣的地位?

　　楊培東：我在科研的過(guò)程當中特別注重原創(chuàng )性的概念。在整個(gè)納米科學(xué)的歷史上來(lái)看，半導體納米導線(xiàn)應該說(shuō)是非常重要的一部分。從歷史上看，可以說(shuō)是最早的納米科學(xué)，是從我們通常所說(shuō)的半導體量子點(diǎn)。量子點(diǎn)通常從物理的角度來(lái)看，我們通常說(shuō)它是三維的，這個(gè)中文我也不太清楚，三維的那個(gè)quantum confinement effect(量子限制效應)。

　　一個(gè)量子點(diǎn)就是一個(gè)顆粒，從三維它都是有納米的尺寸，從歷史上來(lái)說(shuō)，它應該是第一個(gè)，大概是在八十年代中期出來(lái)的。后來(lái)五年以后，出來(lái)了一個(gè)碳60，碳60是獲得諾貝爾獎的。然后碳60之后有了碳納米管，這些都是納米科技歷史上非常非常重要的。碳納米管之后就是半導體納米導線(xiàn)了，半導體納米導線(xiàn)之后就是石墨烯，這就是整個(gè)納米科學(xué)發(fā)展。如果我們從八十年代初期開(kāi)始，是納米科技的起點(diǎn)，到現在幾十年當中，有那么幾類(lèi)非常重要的材料，我所從事的半導體納米導線(xiàn)是其中非常重要的一個(gè)部分。

　　就是因為這種原創(chuàng )的精神，產(chǎn)生了我們納米科技整個(gè)歷史當中的第四類(lèi)，應該是第四類(lèi)最重要的一類(lèi)材料。二十多年過(guò)去了，現在半導體納米導線(xiàn)這個(gè)領(lǐng)域發(fā)展成為非常非常廣的一個(gè)領(lǐng)域。是原創(chuàng )科研的一個(gè)基石，只有你有原創(chuàng )精神才能產(chǎn)生一個(gè)新的東西，一種新的材料，然后這個(gè)新的材料才會(huì )最終對社會(huì )有一個(gè)非常大的影響。

　　網(wǎng)易科技：這個(gè)半導體納米導線(xiàn)未來(lái)的應用方向是在能源領(lǐng)域嗎?它未來(lái)主要用在哪些領(lǐng)域?之前見(jiàn)您介紹的廢熱發(fā)電和人工光合作用，都是能源領(lǐng)域的。

　　楊培東：半導體納米導線(xiàn)在各個(gè)領(lǐng)域現在都有重大的應用了。當然在有重大應用之前，先有的是一個(gè)基礎研究。大概從1993年開(kāi)始，我在讀研究生的時(shí)候把這個(gè)概念提了出來(lái)，接下來(lái)十年當中，我慢慢在琢磨這些半導體納米導線(xiàn)有什么樣的基礎的光學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)或者化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)，前五年甚至前十年都是在做基礎的一些摸索，怎么來(lái)做這些半導體納米導線(xiàn)，怎么來(lái)控制這些半導體納米導線(xiàn)的尺寸。因為這些半導體納米導線(xiàn)事實(shí)上你肉眼是看不到的，比頭發(fā)絲還小一千倍。

　　半導體納米導線(xiàn)是在能源方面、材料方面、健康或者生物醫藥方面都有應用。只不過(guò)我們實(shí)驗室主要集中在能源方面，因為這是一個(gè)非常大的領(lǐng)域，至少有一兩百個(gè)research group在各個(gè)不同的方向在繼續拓展。

　　網(wǎng)易科技：您所看到的這個(gè)領(lǐng)域的研究，是不是在大大的加快?它是不是會(huì )出現許多突破性的成果?

　　楊培東：當開(kāi)始一個(gè)研究領(lǐng)域的時(shí)候，最重要的應該是前期的積累。前期積累到你第一個(gè)要想到做這個(gè)事情，這就是好奇心，是原創(chuàng )性，或者是一種不要去人云亦云做科研的一種精神。

　　我們實(shí)驗室在利用半導體納米導線(xiàn)在廢熱發(fā)電上有非常大的進(jìn)步，主要我們發(fā)現把半導體做成這個(gè)納米導線(xiàn)以后它是一個(gè)非常好的熱電材料。熱電材料通常是用來(lái)做熱跟電的轉換材料，它的轉換效率就會(huì )很高。所以像這個(gè)半導體納米導線(xiàn)用來(lái)做廢熱發(fā)電已經(jīng)是在第二個(gè)公司在產(chǎn)業(yè)化了。

　　第二個(gè)例子是，半導體納米導線(xiàn)它是高比表面積的半導體，它對吸收太陽(yáng)光非常厲害，所以它對光催化又是另外一個(gè)突破。所以我們就用半導體納米導線(xiàn)來(lái)做人工光合作用，因為人工光合作用需要光、需要光吸收、需要光催化?，F在半導體納米導線(xiàn)在我們的人工光合系統里頭是一個(gè)不可或缺的部分。

　　現在還有很多研究組在利用半導體納米導線(xiàn)來(lái)做生物的探測跟人腦的界面，跟細胞的界面，比如檢測細胞里有什么化學(xué)品，或者投送什么藥品，所以這個(gè)是在生物技術(shù)上面的應用。所有這些都是突破性的技術(shù)應用。

　　網(wǎng)易科技：您覺(jué)得未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)、大數據和人工智能的熱潮，會(huì )不會(huì )對它的研究進(jìn)展或者應用進(jìn)展有很大的推動(dòng)作用?

　　楊培東：現在是人工智能、大數據，的確都是非常熱門(mén)的話(huà)題。事實(shí)上我們現在做很多材料科研也好，我們現在最缺乏的，還是一個(gè)有預測性理論指導?，F在這樣的有預測性的理論指導還很欠缺。很多做理論的都在努力把這個(gè)預測的精準度提高。我希望有一天能夠看到，大數據、人工智能能夠幫我們來(lái)預測，但是現在現階段還沒(méi)有達到這個(gè)地步，我想作為大數據、人工智能，能夠達到有預測性的指導實(shí)驗，還需要很長(cháng)一段時(shí)間的推動(dòng)。

　　楊培東介紹

　　國際頂尖的納米材料學(xué)家，美國藝術(shù)與科學(xué)院院士、美國科學(xué)院院士，美國加州大學(xué)伯克利分校(UC Berkeley)化學(xué)教授。

　　1999年在完成了18個(gè)月的博士后研究后，楊培東與大約20所美國頂尖大學(xué)面談，最終得到近10所大學(xué)的工作邀請，他選擇了加州大學(xué)伯克利分校;

　　年僅28歲時(shí)就成為加州大學(xué)伯克利分?；瘜W(xué)系的助理教授，獨立負責一個(gè)實(shí)驗室的科研工作。

　　工作經(jīng)歷：

　　2014年4月28日，上?？萍即髮W(xué)，物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，院長(cháng)。

　　2004年- 至今，加利福尼亞大學(xué)伯克利分校，教授。

　　1999年-2004年，加利福尼亞大學(xué)伯克利分校，助理教授。

　　1997年-1998年，美國加利福尼亞大學(xué)圣塔芭芭拉分校，博士后。