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，正在開創(chuàng)納米科技的嶄新歷史。

　　這是半導體納米材料，繼量子點、碳60、碳納米管之后的第四類納米材料。

　　1993年開始，加州大學伯克利分校教授、美國科學院院士、材料學家楊培東和他的導師所做的原創(chuàng)性工作開創(chuàng)了這個新領域。

　　最近，楊培東接受網(wǎng)易科技專訪，他告訴網(wǎng)易科技，20年過去，人類已經(jīng)對半導體納米材料的合成、控制、物理性質(zhì)、化學性質(zhì)有了相當?shù)恼J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，這項研究開始時，半導體納米材料并不熱門。楊培東回憶，那時熱門的是碳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：“跟著別人做，會相對簡單。但是，那樣影響力就不大，因為你不是開創(chuàng)一個領域的人。原創(chuàng)是科研的基石，只有你有原創(chuàng)精神，才能產(chǎn)生一個新的東西，才會最終對社會有一個非常大的影響。”

　　他說：“當開始一個研究領域的時候，最重要的應該是前期的積累。前期積累到你第一個要想到做這個事情，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。

　　楊培東的實驗室在利用半導體納米導線在廢熱發(fā)電上已經(jīng)取得非常大的進步。“主要我們發(fā)現(xiàn)把半導體做成這個納米導線以后它是一個非常好的熱電材料。熱電材料通常是用來做熱跟電的一個轉(zhuǎn)換的一個材料，它的轉(zhuǎn)換效率就會很高。“楊培東解釋，他透露，半導體納米導線用來做廢熱發(fā)電已經(jīng)在他的第二個公司產(chǎn)業(yè)化了。

　　另外一個例子是嘗試用半導體納米材料實現(xiàn)“人工光合作用”。楊培東解釋，半導體納米導線是高比表面積的半導體，對吸收太陽光非常厲害。“所以我們就用半導體納米導線來做人工光合作用，因為人工光合作用需要光、需要光吸收、需要光催化。現(xiàn)在半導體納米導線也就是在我們的人工光合系統(tǒng)里頭是一個不可或缺的一個部分。”

　　他同時透露，用半導體納米導線也可以來做人工光合作用，做手機里的透明電極，甚至可以探測細胞和人腦，將來在生物技術上也會有突破性的應用。

　　以下為網(wǎng)易科技專訪楊培東部分采訪實錄：

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

　　楊培東：我想在中國設立這么“未來科學大獎”是一個很好的事情，因為這應該是中國民間發(fā)起的第一個高標準、有深遠影響的科學大獎，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基金會又成立了Kavli大獎，主要是獎勵像納米技術、腦科學、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(xiàn)一個民間發(fā)起的科學大獎，這對于鼓勵促進原創(chuàng)性科研有突破性的科研這方面，應該是一個很大的促進作用。在過去二三十年中，中國對基礎科研的投入越來越大，這個的確看到，比如說在物理、化學、生物，計算機、數(shù)學等領域有很多這樣那樣的突破性成果，所以現(xiàn)在是很好的時間點，這個時間點正好我們可以來鼓勵、表揚在過去二三十年當中那些有突破性、有原創(chuàng)性的科研。

　　當然，另外一個層次，作為一個未來大獎，更要鼓勵我們的年輕一代的科研工作者來做更多的原創(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域是半導體納米材料。您介紹過它用于廢熱發(fā)電和人工光合作用，覺得非常有意思。您的研究領域在整個納米材料的學科體系當中，處于一個什么樣的地位?

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

　　一個量子點就是一個顆粒，從三維它都是有納米的尺寸，從歷史上來說，它應該是第一個，大概是在八十年代中期出來的。后來五年以后，出來了一個碳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了，半導體納米導線之后就是石墨烯，這就是整個納米科學發(fā)展。如果我們從八十年代初期開始，是納米科技的起點，到現(xiàn)在幾十年當中，有那么幾類非常重要的材料，我所從事的半導體納米導線是其中非常重要的一個部分。

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

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

　　楊培東：半導體納米導線在各個領域現(xiàn)在都有重大的應用了。當然在有重大應用之前，先有的是一個基礎研究。大概從1993年開始，我在讀研究生的時候把這個概念提了出來，接下來十年當中，我慢慢在琢磨這些半導體納米導線有什么樣的基礎的光學性質(zhì)、電學性質(zhì)或者化學性質(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，怎么來做這些半導體納米導線，怎么來控制這些半導體納米導線的尺寸。因為這些半導體納米導線事實上你肉眼是看不到的，比頭發(fā)絲還小一千倍。

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

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

　　楊培東：當開始一個研究領域的時候，最重要的應該是前期的積累。前期積累到你第一個要想到做這個事情，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。

　　我們實驗室在利用半導體納米導線在廢熱發(fā)電上有非常大的進步，主要我們發(fā)現(xiàn)把半導體做成這個納米導線以后它是一個非常好的熱電材料。熱電材料通常是用來做熱跟電的轉(zhuǎn)換材料，它的轉(zhuǎn)換效率就會很高。所以像這個半導體納米導線用來做廢熱發(fā)電已經(jīng)是在第二個公司在產(chǎn)業(yè)化了。

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

　　現(xiàn)在還有很多研究組在利用半導體納米導線來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品，或者投送什么藥品，所以這個是在生物技術上面的應用。所有這些都是突破性的技術應用。

　　網(wǎng)易科技：您覺得未來互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能的熱潮，會不會對它的研究進展或者應用進展有很大的推動作用?

　　楊培東：現(xiàn)在是人工智能、大數(shù)據(jù)，的確都是非常熱門的話題。事實上我們現(xiàn)在做很多材料科研也好，我們現(xiàn)在最缺乏的，還是一個有預測性理論指導。現(xiàn)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預測的精準度提高。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預測，但是現(xiàn)在現(xiàn)階段還沒有達到這個地步，我想作為大數(shù)據(jù)、人工智能，能夠達到有預測性的指導實驗，還需要很長一段時間的推動。

　　楊培東介紹

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

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

　　年僅28歲時就成為加州大學伯克利分校化學系的助理教授，獨立負責一個實驗室的科研工作。

　　工作經(jīng)歷：

　　2014年4月28日，上海科技大學，物質(zhì)科學與技術學院，院長。

　　2004年- 至今，加利福尼亞大學伯克利分校，教授。

　　1999年-2004年，加利福尼亞大學伯克利分校，助理教授。

　　1997年-1998年，美國加利福尼亞大學圣塔芭芭拉分校，博士后。