碳纳米管VS石墨烯

　　之所以想写点这方面的东西，当然是因为今天下午五点五十左右，本年度诺贝尔物理学奖揭晓，两名英国科学家因发现单层石墨材料（石墨烯）而获奖。这个结果倒是有点出乎我意料的，我想可能也出乎很多人的意料，昨天我看到的Thomsonreuters基于论文引用桂冠对诺贝尔各项奖的预测，其中物理奖的三个猜测并没有和石墨烯，甚至材料物理沾边的。

　　石墨烯的获奖让我想到它的表兄，碳纳米管，这个出生比它早十几年的另一种纳米材料。碳纳米管发现于1991年，随后引起了物理科学和材料科学界的极大关注，由于身具各种优异性质，科学界和工业界对它的应用前景进行了各种各样的，包括幻想式的预测（其中最著名的应该是利用它来做太空电梯了吧，据说美国特种航天局还专门批准了一个项目来进行这方面的研究）。因此在整个1990年代，包括本世纪初的几年，直到石墨烯出生之前，碳纳米管可以说红透了科技界。当年我的本科毕业论文就是以单壁碳纳米管的制备为题目，烧了半年多的碳，也曾经烧出来不错的样品，印象最深的是有几次看着那比轻纱还要薄的，由纳米碳组成的膜飞起来在空中飘，心里对碳纳米管这个小东西不由得多了很多喜欢。石墨烯我没有做过相关的研究，所以由于个人的关系，对碳纳米管感觉始终更加亲切一些。因此当得知石墨烯得奖了之后，就难免想，可惜了碳纳米管啊。

　　碳纳米管之所以迟迟没有得到广泛应用，进而得到诺贝尔奖的垂青，自然是因为它有自身缺陷。它最大的毛病是难以实现批量的，纯净的阵列式生长，而且自身性质又太丰富，手性角变化一下就是一种不同的碳纳米管，而且可以在金属性和半导体性之间变换。烧一堆样品出来里面各种性质的纳米管都可能存在，甚至连非管状碳纳米材料都有，所以科技界始终没办法大量生产可用于制作器件的特定碳纳米管。这样一年一年的过了十几年，始终没有大的进展，再赶上新材料石墨烯出来了，自然碳纳米管的风头就被别人抢去了。

　　唏嘘完碳纳米管，回头再来看看石墨烯。这东西和碳纳米管比起来，结构要相对简单许多，就是一层石墨（六角型排列的碳原子），而且据说性质稳定，同样具有丰富的优异性质。前面说过石墨烯的获奖可能超出很多人的意料，原因就在于它的发现历史也有点太短了，2004年才被首次发现。虽说现在关于它的研究正开展得如火如荼，但是距离应用仍然还有很遥远的距离，前景如何还并不清晰，不知道诺贝尔奖委员会这么着急把奖发给它是出于什么想法。

　　另外八卦一下，记得2007年去北京理工大学参加光散射会议的时候，有个年轻的老外教授受邀请来做了一个关于石墨烯的报告，不知道那个老外是不是今天获奖者中的一个。这个问题有待当年同去参加会议的阿色同学来澄清一下了，呵呵。我觉得石墨烯获奖对于阿色同学来说应该是一个让他高兴的消息。

　　再来另一个八卦，有人说石墨烯获奖后，拓扑绝缘体距离获奖也不会有多远了。这话貌似有点道理，毕竟拓扑绝缘体也很轰动，而且材料范围更广泛，应用前景也很广阔。捎带着发表点个人感想，我觉得拓扑绝缘体这东西比石墨烯的理论性要更强一些，石墨烯和碳纳米管再怎么也只是一两种材料而已，而拓扑绝缘体是一个类型，是自旋量子霍尔效应在表面造成的性质。诺贝尔物理学奖应该更多奖励理论性的工作，一两种材料或者技术的发现虽然产生的技术进步和经济效应非常巨大，但总归和理论离得有点儿远了，更适合颁发一个技术奖项。而且量子霍尔效应之前已经得过两次诺贝尔奖，1985年整数量子霍尔效应，1998年分数量子霍尔效应，证明这个领域是当代凝聚态物理研究的焦点。目前拓扑绝缘体中除了自旋量子霍尔效应很热门，还有量子反常霍尔效应也正在迅速受到研究者们的关注，说不定过些年这两个打包一块被授予诺贝尔奖呢，呵呵。