燃起石墨“烯”望

汲晓奇

由于大气对太阳光的散射作用，我们会看到天空呈现出蔚蓝色：由于纸片各部分凸凹不同，形状各异，从而导致高处下落过程中其表面各处的气流速度不同，所以即使无风时纸片下落的路线也会曲折多变。蔡金明对这些物理现象饶有兴趣，但作为昆明理工大学材料科学与工程学院教授，他更想要做的是利用缜密与精确的实验去探究深刻的物理机制，并推广产学研的开发应用。

蔡金明一直坚守着内心对凝聚态物理的热爱，在昆明理工大学这块热土上拓展着对石墨烯等低维纳米材料的研究广度和深度，对每一次实验，每一种方法都力求做到精益求精，力求树立自己在石墨烯研究领域的“旗帜”。

走近石墨烯之门

蔡金明一直从事低维纳米材料，特别是石墨烯相关材料的制备与本征物性方面的研究，并取得了优秀的成果。但这一切的兴趣之源是一场学术报告。在北京大学物理学系学习期间，大三下学期，中科院物理研究所的高鸿钧院士受邀去做关于纳米材料的学术报告，一个美妙的微观世界在他眼前展开，从此他的人生轨道转向了纳米科学研究。

“我听完报告后就觉得很感兴趣，我就向高老师请教有关纳米材料的问题。”蔡金明说道。大四的时候，他就进入到高鸿钧院士课题组做实验，毕业后，他被免试保送到高老师课题组硕博连读。

当他进入物理所读研究生不久，石墨烯被两位英国科学家发现了，而高老师课题组也对这个领域十分关注，蔡金明就顺理成章加入了石墨烯研究的行列。在获得博士学位以后，2009年初蔡金明远赴瑞士联邦材料科学与技术研究所做博士后，继续从事石墨烯的研究。

2015年，蔡金明满载归来。身为云南人，他选择了昆明理工大学作为回国后的事业开启之地，不仅是因为家乡情结，更重要的还是学校本身。“昆明理工大学已经有较好的材料学研究环境，已经进入EsI排名1%，是学校的优势学科。另外学校又特地拨付1000万给我用于实验平台建设。另外高老师也很支持我回到云南，建设西部。我也就有更多动力去进行推广和发展石墨烯的相关研究。”

也许正是来自多方面的支持和鼓励，让蔡金明在每每遇到困难与艰辛时，虽有过犹豫但从不轻言放弃，他一直坚信一点：“做科研遇到困难是必然的，遇到困难不要气馁，克服它就是了！”

执着探究，寻找突破

“科研无坦途，我在研究中也一直遇到各种困难。”蔡金明说道。但他表示既然做了选择，就要去接受，就要去做改变。蔡金明不服输的性格让他攻克了科学上一个又一个难关，也获得了一项又一项顶尖的科研成果。

众所周知，由于石墨烯卓越的导电导热性能，使它成为下一代半导体器件应用材料的最佳候选，然而在这方面的应用还面临着诸多问题。先前石墨烯的制备和加工方法并不能很好地控制石墨烯微纳结构和边界形貌，所以其能带特性也不易控制，导致器件的重复性和稳定性较低。“传统制备石墨烯电子器件的方法多数是自上而下的方法，重复性和精确度都不高，因此我们就想从另一个方向，用自下而上的方法实现对石墨烯纳米结构的精确控制。我们根据想要得到的石墨烯纳米结构，设计并合成了一些具有功能基团的有机分子作为前驱体，通过控制功能基团的结合，得到高分子结构，再通过表面脱氢环化反应，得到了我们想要的结构原子级精准的石墨烯纳米结构。通过调节它的细微结构，我们就能做到对石墨烯电学性能的精准掌握和调控。”蔡金明解释道。他和课题组凭借不懈努力，成功实现了这个实验构想，在世界上首次获得一系列结构原子级精准的石墨烯纳米带及相关材料，从而实现石墨烯材料能带特性稳定可调。

“要把石墨烯应用到电子器件中，还要制备出半导体二极管、双极性晶体管等电子器件的基本元件。”蔡金明介绍。因此，他及他的课题组将不同的石墨烯纳米带结合起来，得到石墨烯纳米带异质结，经检测，该异质结具有基本半导体器件PN结性能，这个突破大大推动了石墨烯在电子器件方面的应用。

此外，蔡金明及其课题组还制备出结构原子级精准、大面积均一、径向尺寸小于一纳米的石墨烯纳米带，在国际上首次证明了拉曼径向呼吸模型，推动了拉曼光谱学的发展。同时，他还系统地研究了石墨烯纳米结构的生长机理，能带结构等。以上这些结果发表在Mture，Nature Nanotechnology，ACSNano等学术期刊上。

蔡金明回忆道：“从我进行对石墨烯的研究以来，经历了许多，也感悟到很多。既然我选择了石墨烯这一领域，选择了昆明理工大学，即使会遇见很多困难，我现在和未来也都会继续坚持，不断努力。”

坚守本心，勇往直前

对于蔡金明来说，或许科研道路上会存在一些诱惑和阻碍，但他永遠都会保持一颗对科研热忱的初心。回国之后，蔡金明能明显感觉到国内外的教育及科研体系存在差异，但他却很快适应了新的工作环境。蔡金明提及：“其实我回国后一切都是从零开始的，但学校对我很支持，另外2015年成功申报‘千人计划（青年项目），国家也给了我很大的支持，所以我希望不要辜负国家和学校的期望，有压力才有动力，我目前就期望能够倾尽所能快速地把高水平的实验平台建立起来，同时能将石墨烯的产业化应用推广出去。”

但零基础并不能阻碍蔡金明的脚步，如今，在学校和蔡金明课题组各方面的努力下，昆明理工大学的材料学院大楼马上就要竣工了，两台超高真空扫描探针显微镜也即将安装，蔡金明和他的课题组也终于“找到了一个稳定的、可以安心做学术的地方”。但在蔡金明看来，做学术发挥重要作用的应该是“兴趣”两个字，这不仅体现在蔡金明的科研上，也在他的教学方式上体现得淋漓尽致。而其中一个重要标准就是“量体裁衣”。

蔡金明认为，每位学生都是千里马，也都各具特色，但关键是要发挥出他们的优势，也就是所谓“量体裁衣”。在繁冗的工作之中，他总是留出很大一部分时间放在学生的学术指导上，尽力按照学生的兴趣和知识构架帮助他们寻找适合自身的研究方向和课题。他指出：“只有真的热爱，才有可能在将来去忍受科研过程中的枯燥与寂寞”。

受到高鸿钧院士和瑞士导师的影响，他从不将教师的本分局限于传授知识。在他看来，一个人治学，首先要高瞻远瞩，胸怀大志：其次还要肯下功夫，坚定意志：最后定会渐入佳境，豁然开朗。“不论在国内还是瑞士期间，我的导师并没有让我觉得有高不可攀的距离感，他们对待每个人都很平等，这在很大程度上对我后来管理实验室起了帮助。”蔡金明补充道。

接下来两年内，他将主要致力于把实验平台搭建起来，组建一支一流的科研团队，力争为昆明理工大学的材料学科在国内达到领先水平做出重要贡献。同时，团队已经涉猎石墨烯复合材料和薄膜材料的应用开发，他希望在突破石墨烯基础研究的同时，还要使其应用走向产业化，走进千家万户。