[編者按]網(wǎng)易科技2017年推出大型系列報(bào)道《科學(xué)家說》，專訪全球頂尖的科學(xué)家，洞見趨勢，分享智慧。今天推出《科學(xué)家說》第14期，專訪加州大學(xué)伯克利分校教授、美國科學(xué)院院士、材料學(xué)家楊培東。

[精彩觀點(diǎn)]：

半導(dǎo)體納米導(dǎo)線在能源、材料、生物醫(yī)藥方面，都有應(yīng)用。我們實(shí)驗(yàn)室是主要集中在能源方面，這是一個非常大的領(lǐng)域，大概至少有100—200個研究團(tuán)隊(duì)在這個領(lǐng)域的不同方向進(jìn)行研究。此外，現(xiàn)在還有很多研究組在利用半導(dǎo)體納米導(dǎo)線來做生物的探測。這些都是突破性的技術(shù)應(yīng)用。

正文：

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(dǎo)體納米材料，繼量子點(diǎn)、碳60、碳納米管之后的第四類納米材料。

1993年開始，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(dǎo)師所做的原創(chuàng)性工作開創(chuàng)了這個新領(lǐng)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(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)研究開始時，半導(dǎo)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(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，會相對簡單。但是，那樣影響力就不大，因?yàn)槟悴皇情_創(chuàng)一個領(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)生一個新的東西，才會最終對社會有一個非常大的影響。”

他說：“當(dāng)開始一個研究領(lǐng)域的時候，最重要的應(yīng)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(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)體做成這個納米導(dǎo)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(dǎo)體納米導(dǎo)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(dǎo)體納米材料實(shí)現(xiàn)“人工光合作用”。楊培東解釋，半導(dǎo)體納米導(dǎo)線是高比表面積的半導(dǎo)體，對吸收太陽光非常厲害。“所以我們就用半導(dǎo)體納米導(dǎo)線來做人工光合作用，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(dǎo)體納米導(dǎo)線也可以來做人工光合作用，做手機(jī)里的透明電極，甚至可以探測細(xì)胞和人腦，將來在生物技術(shù)上也會有突破性的應(yīng)用。

以下為網(wǎng)易科技專訪楊培東部分采訪實(shí)錄：

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

楊培東：我想在中國設(shè)立這么“未來科學(xué)大獎”是一個很好的事情，因?yàn)檫@應(yīng)該是中國民間發(fā)起的第一個高標(biāo)準(zhǔn)、有深遠(yuǎn)影響的科學(xué)大獎，這在國外已經(jīng)有很多了，當(dāng)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(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(biāo)準(zhǔn)的這種科學(xué)大獎，日本也有、韓國也有，當(dāng)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(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(yīng)該是一個很大的促進(jìn)作用。在過去二三十年中，中國對基礎(chǔ)科研的投入越來越大，這個的確看到，比如說在物理、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)在是很好的時間點(diǎn)，這個時間點(diǎn)正好我們可以來鼓勵、表揚(yáng)在過去二三十年當(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(lǐng)域是半導(dǎo)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(lǐng)域在整個納米材料的學(xué)科體系當(dāng)中，處于一個什么樣的地位？

楊培東：我在科研的過程當(dāng)中特別注重原創(chuàng)性的概念。在整個納米科學(xué)的歷史上來看，半導(dǎo)體納米導(dǎo)線應(yīng)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(xué)，是從我們通常所說的半導(dǎo)體量子點(diǎn)。量子點(diǎn)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(yīng)）。

一個量子點(diǎn)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(yīng)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?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，這就是整個納米科學(xué)發(fā)展。如果我們從八十年代初期開始，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歷史當(dāng)中的第四類，應(yīng)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(dǎo)體納米導(dǎo)線這個領(lǐng)域發(fā)展成為非常非常廣的一個領(lǐng)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(dǎo)體納米導(dǎo)線未來的應(yīng)用方向是在能源領(lǐng)域嗎？它未來主要用在哪些領(lǐng)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(lǐng)域的。

楊培東：半導(dǎo)體納米導(dǎo)線在各個領(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，先有的是一個基礎(chǔ)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(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，怎么來做這些半導(dǎo)體納米導(dǎo)線，怎么來控制這些半導(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。只不過我們實(shí)驗(yàn)室主要集中在能源方面，因?yàn)檫@是一個非常大的領(lǐng)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(lǐng)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(dāng)開始一個研究領(lǐng)域的時候，最重要的應(yīng)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(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)體做成這個納米導(dǎo)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(dǎo)體納米導(dǎo)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(dǎo)體納米導(dǎo)線它是高比表面積的半導(dǎo)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(dǎo)體納米導(dǎo)線來做人工光合作用，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)線來做生物的探測跟人腦的界面，跟細(xì)胞的界面，比如檢測細(xì)胞里有什么化學(xué)品，或者投送什么藥品，所以這個是在生物技術(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(jìn)展或者應(yīng)用進(jìn)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(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，還是一個有預(yù)測性理論指導(dǎo)?，F(xiàn)在這樣的有預(yù)測性的理論指導(dǎo)還很欠缺。很多做理論的都在努力把這個預(yù)測的精準(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預(yù)測，但是現(xiàn)在現(xiàn)階段還沒有達(dá)到這個地步，我想作為大數(shù)據(jù)、人工智能，能夠達(dá)到有預(yù)測性的指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，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(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歲時就成為加州大學(xué)伯克利分?；瘜W(xué)系的助理教授，獨(dú)立負(fù)責(zé)一個實(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。

 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。