楊培東:這種材料能做手機(jī)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(dǎo)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(guó)科學(xué)院院士、材料學(xué)家楊培東和他的導(dǎo)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，他告訴網(wǎng)易科技，20年過(guò)去，人類(lèi)已經(jīng)對(duì)半導(dǎo)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(dāng)?shù)恼J(rèn)知積累，并且已經(jīng)看到它能夠在能源轉(zhuǎn)換、生物醫(yī)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(xiàng)研究開(kāi)始時(shí)，半導(dǎo)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(dǎo)師選擇了做一些“不一樣的東西”。他向網(wǎng)易科技表示：“跟著別人做，會(huì)相對(duì)簡(jiǎn)單。但是，那樣影響力就不大，因?yàn)槟悴皇情_(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(duì)社會(huì)有一個(gè)非常大的影響。”

　　他說(shuō)：“當(dāng)開(kāi)始一個(gè)研究領(lǐng)域的時(shí)候，最重要的應(yīng)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(yīng)用落地

　　目前，半導(dǎo)體納米材料的一些突破性應(yīng)用已經(jīng)在逐漸落地。

　　楊培東的實(shí)驗(yàn)室在利用半導(dǎo)體納米導(dǎo)線在廢熱發(fā)電上已經(jīng)取得非常大的進(jìn)步。“主要我們發(fā)現(xiàn)把半導(dǎo)體做成這個(gè)納米導(dǎo)線以后它是一個(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(zhuǎn)換的一個(gè)材料，它的轉(zhuǎn)換效率就會(huì)很高。“楊培東解釋?zhuān)嘎?，半?dǎo)體納米導(dǎo)線用來(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(dǎo)體納米材料實(shí)現(xiàn)“人工光合作用”。楊培東解釋?zhuān)雽?dǎo)體納米導(dǎo)線是高比表面積的半導(dǎo)體，對(duì)吸收太陽(yáng)光非常厲害。“所以我們就用半導(dǎo)體納米導(dǎo)線來(lái)做人工光合作用，因?yàn)槿斯す夂献饔眯枰?、需要光吸收、需要光催化。現(xiàn)在半導(dǎo)體納米導(dǎo)線也就是在我們的人工光合系統(tǒng)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(dǎo)體納米導(dǎo)線也可以來(lái)做人工光合作用，做手機(jī)里的透明電極，甚至可以探測(cè)細(xì)胞和人腦，將來(lái)在生物技術(shù)上也會(huì)有突破性的應(yīng)用。

　　以下為網(wǎng)易科技專(zhuān)訪楊培東部分采訪實(shí)錄：

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

　　楊培東：我想在中國(guó)設(shè)立這么“未來(lái)科學(xué)大獎(jiǎng)”是一個(gè)很好的事情，因?yàn)檫@應(yīng)該是中國(guó)民間發(fā)起的第一個(gè)高標(biāo)準(zhǔn)、有深遠(yuǎn)影響的科學(xué)大獎(jiǎng)，這在國(guó)外已經(jīng)有很多了，當(dāng)然大家大家最熟悉的是諾貝爾獎(jiǎng)。十年前Kavli基金會(huì)又成立了Kavli大獎(jiǎng)，主要是獎(jiǎng)勵(lì)像納米技術(shù)、腦科學(xué)、天文物理方面的。在其他國(guó)家也很多這樣那樣的高標(biāo)準(zhǔn)的這種科學(xué)大獎(jiǎng)，日本也有、韓國(guó)也有，當(dāng)然在中國(guó)香港、中國(guó)臺(tái)灣也已經(jīng)有了。

　　在中國(guó)大陸出現(xiàn)一個(gè)民間發(fā)起的科學(xué)大獎(jiǎng)，這對(duì)于鼓勵(lì)促進(jìn)原創(chuàng)性科研有突破性的科研這方面，應(yīng)該是一個(gè)很大的促進(jìn)作用。在過(guò)去二三十年中，中國(guó)對(duì)基礎(chǔ)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(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)等領(lǐng)域有很多這樣那樣的突破性成果，所以現(xiàn)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(lì)、表?yè)P(yáng)在過(guò)去二三十年當(dāng)中那些有突破性、有原創(chuàng)性的科研。

　　當(dāng)然，另外一個(gè)層次，作為一個(gè)未來(lái)大獎(jiǎng)，更要鼓勵(lì)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(dǎo)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(dāng)中，處于一個(gè)什么樣的地位?

　　楊培東：我在科研的過(guò)程當(dāng)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(dǎo)體納米導(dǎo)線應(yīng)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(dǎo)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(yīng))。

　　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(yīng)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(jiǎng)的。然后碳60之后有了碳納米管，這些都是納米科技?xì)v史上非常非常重要的。碳納米管之后就是半導(dǎo)體納米導(dǎo)線了，半導(dǎo)體納米導(dǎo)線之后就是石墨烯，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(xiàn)在幾十年當(dāng)中，有那么幾類(lèi)非常重要的材料，我所從事的半導(dǎo)體納米導(dǎo)線是其中非常重要的一個(gè)部分。

　　就是因?yàn)檫@種原創(chuàng)的精神，產(chǎn)生了我們納米科技整個(gè)歷史當(dāng)中的第四類(lèi)，應(yīng)該是第四類(lèi)最重要的一類(lèi)材料。二十多年過(guò)去了，現(xiàn)在半導(dǎo)體納米導(dǎo)線這個(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(duì)社會(huì)有一個(gè)非常大的影響。

　　網(wǎng)易科技：這個(gè)半導(dǎo)體納米導(dǎo)線未來(lái)的應(yīng)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(dǎo)體納米導(dǎo)線在各個(gè)領(lǐng)域現(xiàn)在都有重大的應(yīng)用了。當(dāng)然在有重大應(yīng)用之前，先有的是一個(gè)基礎(chǔ)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(dāng)中，我慢慢在琢磨這些半導(dǎo)體納米導(dǎo)線有什么樣的基礎(chǔ)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(chǔ)的一些摸索，怎么來(lái)做這些半導(dǎo)體納米導(dǎo)線，怎么來(lái)控制這些半導(dǎo)體納米導(dǎo)線的尺寸。因?yàn)檫@些半導(dǎo)體納米導(dǎo)線事實(shí)上你肉眼是看不到的，比頭發(fā)絲還小一千倍。

　　半導(dǎo)體納米導(dǎo)線是在能源方面、材料方面、健康或者生物醫(yī)藥方面都有應(yīng)用。只不過(guò)我們實(shí)驗(yàn)室主要集中在能源方面，因?yàn)檫@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(xù)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(xiàn)許多突破性的成果?

　　楊培東：當(dāng)開(kāi)始一個(gè)研究領(lǐng)域的時(shí)候，最重要的應(yīng)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(yàn)室在利用半導(dǎo)體納米導(dǎo)線在廢熱發(fā)電上有非常大的進(jìn)步，主要我們發(fā)現(xiàn)把半導(dǎo)體做成這個(gè)納米導(dǎo)線以后它是一個(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(zhuǎn)換材料，它的轉(zhuǎn)換效率就會(huì)很高。所以像這個(gè)半導(dǎo)體納米導(dǎo)線用來(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(dǎo)體納米導(dǎo)線它是高比表面積的半導(dǎo)體，它對(duì)吸收太陽(yáng)光非常厲害，所以它對(duì)光催化又是另外一個(gè)突破。所以我們就用半導(dǎo)體納米導(dǎo)線來(lái)做人工光合作用，因?yàn)槿斯す夂献饔眯枰狻⑿枰馕?、需要光催化?，F(xiàn)在半導(dǎo)體納米導(dǎo)線在我們的人工光合系統(tǒng)里頭是一個(gè)不可或缺的部分。

　　現(xiàn)在還有很多研究組在利用半導(dǎo)體納米導(dǎo)線來(lái)做生物的探測(cè)跟人腦的界面，跟細(xì)胞的界面，比如檢測(cè)細(xì)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(yīng)用。所有這些都是突破性的技術(shù)應(yīng)用。

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

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

　　楊培東介紹

　　國(guó)際頂尖的納米材料學(xué)家，美國(guó)藝術(shù)與科學(xué)院院士、美國(guó)科學(xué)院院士，美國(guó)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(guó)頂尖大學(xué)面談，最終得到近10所大學(xué)的工作邀請(qǐng)，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)伯克利分校化學(xué)系的助理教授，獨(dú)立負(fù)責(zé)一個(gè)實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)。

　　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(guó)加利福尼亞大學(xué)圣塔芭芭拉分校，博士后。