许多著名的科学发现都是偶然得来的。从特氟龙、微波炉到青霉素，科学家在尝试解决问题时，有时会发现意想不到的东西。我们正是这样创造出了磷烯纳米带——这种材料由构成宇宙的基本元素之一制成，却有望推动众多技术革新。
我们原本想把磷晶体的层状结构分离成二维薄片。结果，我们的技术却制成了微小的意大利面状带材，厚度仅为一个原子，宽约100个原子，长度却可达100,000个原子。我们花了三年时间完善生产工艺，之后才公布研究成果。
这些二维带材具有多种非凡特性。它们的宽长比与横跨金门大桥的缆索相近。其宽度极其均匀，却又可调，因此能够精细调控其特性，例如是否导电以及导电方式。它们还具有极佳的柔韧性，能够完美贴合所附着表面的轮廓，甚至可以扭曲。
变革潜力
100多篇科学论文曾预测，这些纳米带一旦能够制成，就可能在各种技术领域带来变革；其中一些论文的发表时间甚至比我们在《Nature》上发表这一发现早了五年。
其中最重要的应用或许在于电池技术。磷烯纳米带的褶皱结构意味着，为电池提供动力的带电离子移动速度很快就可能达到目前的1000倍。这将大幅缩短充电时间，同时使容量提升约50%。这样的性能提升将大幅推动电动汽车和航空业的发展，并让我们能够更有效地利用可再生能源，从而在阴沉无风的日子里也能摆脱对化石燃料的依赖。
这也意味着，未来的电池可能会采用钠离子而非锂离子。已探明的锂储量可能无法满足电池需求预计的大幅增长，而且开采锂金属可能会损害环境。相比之下，钠储量丰富且价格低廉。
电子领域也可能受益于纳米带。摩尔定律指出，计算机处理能力每两年翻一番，但随着材料的物理极限迅速逼近，这一增速正面临放缓的风险。采用像我们这样的“二维”材料可能重新定义这些极限，让我们能够制造出越来越小、速度越来越快的设备。
这些带材还可能解决该领域的另一项重大障碍：如何在不使连接处产生高电阻（从而造成能量损失）的情况下实现纳米材料的电连接。由数层磷烯纳米带组成的材料可以无缝分割成高度和电学特性各异的带材，从而绕过通常的连接工程要求。因此，高效太阳能电池如今或许离真正问世更近了一步。
磷烯纳米带的柔韧性和热电特性意味着它们还可以嵌入可穿戴织物，用来将废热转化为有用电能。例如，我们很快或许就能看到热电T恤，仅靠体温供能，同时监测心率和血糖水平。
这项技术有望释放氢作为高效低碳燃料的潜力。水中富含这种气体，提取时唯一产生的副产品是氧气。然而，迄今科学家仍未找到低成本实现这一过程的方法。水分子可以通过一种名为光催化的过程分解，但这种方法需要一种能够吸收大量光线、且能量特性与水相匹配的材料。据预测，纳米带恰好具备这些特性，而且表面积很大，能够最大程度地与水接触，因此有望破解氢气生产难题。
令人鼓舞的是，磷烯纳米带已经克服了商业化道路上的主要障碍。对大多数新材料而言，找到像我们这样可规模化的生产方法需要数年时间，有些材料甚至始终无法投入应用。此外，磷在地壳中相对丰富，也易于提取。我们的带材已经在液体中形成，因此可以轻松制成油墨或涂料，再通过喷涂或喷墨打印等低成本方法进行规模化加工。
然而，制成这些带材只是推动上述技术革新的第一步。现在还需要开展大量研究，以检验理论预测，并探究带材特性在多大程度上能够针对特定应用进行调整。特氟龙、锂电池和魔术贴的二十多年发展历程告诉我们，从发现到应用的道路可能很漫长。但随着社会日益远离化石燃料，我们预计这条道路很快就会变得熟悉而畅通。
