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诺奖获得者康斯坦丁·诺沃肖洛夫:定制化材料合成的前景

2018-09-27 15:36 470

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“定制化生产现在已经越来越进入到我们的生活当中。”对于未来材料的思考,诺贝尔物理学奖获得者,英国曼彻斯教授康斯坦丁·诺沃肖洛夫在9月17日举办的中国科技峰会——科普高峰论坛上,给出了他独到的见解。

  康斯坦丁·诺沃肖洛夫以DNA为例介绍道,有一些企业已经在DNA上面进行了关于定制化材料的合成,几周之前已经可以获得合成的DNA。“关于定制化生产的流程,首先是关于定制化的设计,接下来是传统制造或者是采用增材制造的方法。而讲到发明,关键在于是不是能够找到界定或者找到一些特定的材料把它用到定制化的制造过程当中,并通过这样一种特别选择能够适用于我们的应用。”

  康斯坦丁·诺沃肖洛夫提出一个猜想,DNA已经获得合成,是不是可以把这种理念进一步扩展到所有材料?“如果能够进一步把它复制到所有的各种各样的设备制造上面,我认为这是一种很好的前景。”康斯坦丁·诺沃肖洛夫认为,现在的技术正在朝这个方面发展,未来可以设计出更多的合成材料,而不仅仅受到只有几种材料可选的限制。

  以下是康斯坦丁·诺沃肖洛夫演讲全文:

  大家上午好!非常感谢给我这个邀请,非常非常高兴能够来到这里参加会议,他们让我来讲一下关于未来的材料,特别材料科学的发展。我只能够预测过去,但我不能够预测未来。看过去跟历史,人类非常擅长于给各种各样材料取名字或者给各种各样的时代取名字,人类已经经历过了石器时代、青铜时代、铁器时代,比较好的一个问题要问的,接下来我们要进入什么样的世纪?也就是说未来如何来界定我们现在所生活的时代?

  这里我并不想直接给大家讲答案。给大家两个观察想法,第一次我们有了一些困惑。因为现在我们面临的选择是非常巨大的,我们可以把它叫做数字时代或者硅时代或者核时代,所以这些都是非常惊人的。第二个考量也就是说,我们要问一问是不是真的有必要给现在这个时代起个名,为什么?也就是说非常重要,要做出一个非常聪明的选择。

  这里给大家一个例子来表明我是什么意思,今天在我们的会议上面有人讲到了关于化学元素周期表,我拿出了这样一个化学元素周期表。这里我列出了很多的化学元素,在人类历史上面用了很多时间,包括生成芯片、集成电路等等。现在我们可以看到有些工业上面用的材料并不是很多,只是用一些硅等等,这是上世纪1990年之前的情况。过了1990年之后,可以看到像那个时候仍然使用所有化学元素周期表当中的一些少数元素,这就是我们现在所使用的。现在可以看到自从2000年开始几乎已经开始使用化学元素周期表当中一半的元素。

  为什么是这样?因为我们采用上世纪50年代发明的一些硅的技术,我们试图把过去的技术进行一番改良之后能够顺应现在的社会发展。如果我们特别考虑一下有一些元素,我们现在看到在当中用到了和过去来比更加多的元素。当然你也可以讲现在人类所面临的完成各项任务的复杂程度也要比过去复杂的多。

  说到硅行业,我们会发现有很大的变化,整个世界真的是依赖于一些专门的特定材料。比如说,现在我们有更小的材料来决定我们的世界,看到电子行业主要采用硅,在建筑行业主要采用钢,在航天行业主要采用铝,所以这些材料都是可以被选择来使用。每一次工程思想来设计一款新的设备,他可以来查一下书籍,也就是硅可以给我做些什么这样整个的待序到底是什么情况,或者可以来进行设计,在设计之后选择比较适合的材料。当然,这种路径也是可以的,也就是说复合材料是非常的重要,还有复合材料以及我说的关于抑制结构的材料非常的重要。当然,我们现在已经有了这些材料,但是现在还不够,我们希望做的是什么?最为理想的也就是通过加入元素或者拿掉元素增加更多的一些层来合成新的材料,这些材料的功能性是非常好的。比如说,我希望上层的材料是可以进行传感,可以来接受光照或者第二层的材料希望太阳能电池或者第四层再往下需要有晶体管,都可以有这样的可能性。所以我们叫量身定作的生产。

  定制化生产现在已经越来越进入到我们的生活当中,这就是关于定制化生产的流程,首先是关于定制化的设计,接下来是传统的制造或者是采用增材制造的方法。讲到发明是不是能够找到界定或者找到一些特定的材料把它用到定制化的制造过程当中,通过这样一种特别选择能够适用于我们的应用。当然可以看到这里有一些例子,大家可以看到有一些企业已经把DNA进行了合成,甚至在DNA上面进行了很好的合成,我讲的是关于定制化材料合成。比如说在几周之前可以获得合成的DNA。上面已经获得了DNA的合成,是不是可以把这种理念进一步的扩展到所有的材料上面去?如果能够进一步把它复制到所有的各种各样的设备制造上面,我认为这是一种很好的前景。从这个角度来说,现在我们技术正在朝这个方面来发展。未来我们就可以设计出更多的合成材料,而不仅仅受到只有几个材料可选的限制。

  受到我本人研究的工作,我本人很长一段时间主要研究关于石墨烯,石墨烯是非常重要的一种材料。大家可能知道石墨烯的重要性,它有很多独特使用的性能,它可以进行很好的拉伸,同时有热导电性等等。可以看到我们已经工作研究了一段时间,比如说铅笔当中所用的石墨烯作为材料。当然,我很多的试验还是来使用传统老的石墨烯的来源,很多其他的机构非常注重这方面的研究。有些人问一问未来是不是可以进行更多的投入,希望来获得更多石墨烯的来源,而不仅仅是现在用的这些传统的铅笔,未来希望能够找到更多新的关于石墨烯的一种来源。

  我们正在考虑是不是可以超越简单的石墨烯,这里讲到的是关于20种不同的晶体所合成的。这样能够让我们有另外的一种可能或者另外的一种平台,也就是说在这个平台上面如何通过我们合成的工作能够带来新的材料。在我的设计当中,大家如果来看可以知道我们有很多不同的晶体,这些晶体可以做更多的工作,可以把它进行更多的合成,这样能够保留很多材料的一些功能性。这里有很大类型的材料性能,包括石墨烯也是一种材料,还有碳化硼也是很好的一种材料。所以我认为所谓的人工合成材料正在做这方面的研究,我们现在正在把它们做成更多的晶体。

  接下来的时间已经非常不早了,我不想太多的耽搁大家的晚餐时间。这里很快的说一下,我想告诉你们,如果今天晚上去吃晚餐有两个选择,你可以去西餐厅来吃西餐或者你可以去到中餐厅,中餐厅就丰富了,甚至于像满汉全席的一种场景都可以选择到。你们的选择非常的多,这就是我想未来有更多的可能性来生产出更多的合成材料。谢谢大家!

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