如何使一块玻璃防水？如何保护金属免受腐蚀性化学物质的侵害？几个世纪以来，科学家们一直在研究如何改造表面。
雅各布·萨吉夫通过发现一种用超薄分子层改造固体表面的方法，在这个研究领域迈出了一大步。
他与拉尔夫·努佐、大卫·阿拉拉和乔治·怀特塞兹分享了卡вли纳米科学奖，因为他们发现并应用了一种方法，这种方法已应用于从电池到汽车挡风玻璃，再到牙科植入物等各种领域。
大众科学定制媒体与卡вли奖合作，采访了雅各布，以了解更多关于他对这项工作的贡献。
梅根·霍尔：雅各布·萨吉夫从小就知道自己想成为一名化学家。
雅各布·萨吉夫：我从10岁起就开始玩化学。但是，当然，当你说化学时，你会想到什么？你会想到试管，煮沸东西，把液体从一个烧杯倒入另一个烧杯。
霍尔：当雅各布读研究生时，他已经从玩试管发展到操纵分子。
萨吉夫：化学的梦想是掌握每个分子，能够将它放在正确的位置，并用分子进行构建。这是每个化学家都会梦想的终极目标。
霍尔：到目前为止，雅各布已经尝试了通过将分子溶解到薄塑料薄膜中来排列分子的不同方法。他发现，如果拉伸这种薄膜，分子就会排列起来，他就可以测量它们。
萨吉夫：它在固体中，也就是聚合物中，你可以通过这样做来控制这些分子的组织方式，这很有用。
霍尔：但是，当雅各布完成博士学位时，他渴望做更多的事情。他需要一份工作。
萨吉夫：我正在寻找博士后职位。我有一个朋友，一位同事，也在研究分子和聚合物。在他的桌子上，我突然看到一篇论文，上面有一些奇怪的图片。
霍尔：这些奇怪的图片很简单——只是线条和圆圈。但它们代表了排列成单层的分子。
萨吉夫：我从来没有见过这样的东西，所以我问他，那是什么？他说，这些是单分子层。我问，那是什么，他就开始向我解释。
霍尔：雅各布的朋友解释说，这些单分子层是通过将分子放入水中形成的。不仅仅是任何分子——一种特殊的分子，一端吸引水，另一端排斥水。
萨吉夫：所以，如果你把它们放在水面上，它们会粘在水面上。但它们不会溶解，它们不会进入水中。
霍尔：想象一下，这些分子看起来像火柴，头部吸引水，尾部不吸引水。
萨吉夫：如果你把它们扔在桌子上，它们会随机分散。如果你把它们放在盒子里，把它们放在一起，它们没有移动的空间，那么它们就会排列整齐。
霍尔：这基本上就是科学家们所做的。他们通过小心地推动水面，将所有这些像火柴一样的分子排列起来，直到它们都直立起来，但头部朝下。
萨吉夫：然后它就像漂浮在水面上的地毯，所有的分子都排列整齐。
霍尔：然后，科学家们可以使用玻璃载玻片将这些分子地毯从水中舀出来。然后它们形成可以改变表面作用方式的层。
萨吉夫：他们展示了非常好的效果。例如，抗反射涂层。你可以降低表面的反射率等等。
霍尔：这个过程早在1920年代后期就由欧文·朗缪尔和凯瑟琳·布洛杰特发明了。
雅各布以前从未读过他们的著作，但当他在朋友的桌子上看到那篇文章时，他立刻就被迷住了。
萨吉夫：我记得我立刻就知道这就是我想做的。你知道，这就像坠入爱河。
霍尔：他冲到图书馆去了解更多关于这项技术的知识，并加入了汉斯·库恩领导的实验室，汉斯·库恩正在朗缪尔和布洛杰特开发的技术基础上进行构建。
萨吉夫：我认为他们从60年代早期开始研究朗缪尔-布洛杰特技术。那时，我认为那是朗缪尔-布洛杰特的圣地。
霍尔：但是实验室有一个难题无法解决。
萨吉夫：他们问自己，我们如何在朗缪尔-布洛杰特薄膜中排列分子。
霍尔：实验室的科学家认为，如果你取一层单分子层，并将它们铺在覆盖着晶体的表面上，分子就会与这些晶体的图案相吻合。问题是他们使用的晶体溶于水。
萨吉夫：因此，为了转移朗缪尔-布洛杰特薄膜，我们必须将其浸入水中。当我们将其浸入水中时，组织结构就消失了。
霍尔：为了解决这个问题，雅各布回到了他在研究生院的经验，使用薄聚合物薄膜组织分子。
萨吉夫：我说，好吧，我有一个更好的主意。我知道如何制造不溶于水的聚合物。而且我知道分子在聚合物内部会定向排列。
霍尔：雅各布认为，如果你将朗缪尔-布洛杰特层放在聚合物薄膜的顶部，你就可以组织分子。
萨吉夫：然后我就开始尝试这个。
霍尔：但是……
萨吉夫：什么都没有。朗缪尔-布洛杰特单分子层不想重组。
霍尔：他试图弄清楚为什么这与他在研究生院时的方式不同。
萨吉夫：然后我开始思考，稍等，为什么它们不对齐？它们不对齐是因为它们是坚硬的地毯。
霍尔：朗缪尔-布洛杰特单分子层是通过将大量分子挤压在一起而创建的，现在它们被卡住了。
萨吉夫：它们像固体一样，分子无法移动。
霍尔：但雅各布将这种局限性视为一个机会。
萨吉夫：最好的事情是与预测不符的实验，因为我认为我们的思维局限于某种思维方式，而实验可以教给你的东西比你事先能想到的更多。
霍尔：如果朗缪尔-布洛杰特单分子层被压缩得无法重组，那么如果不使用它们会怎么样？如果你将合适的分子放入溶液中，它们会自行组织吗？雅各布尝试了一下。
萨吉夫：我只使用有机溶液，而不是水。我将分子溶解在有机溶液中。我浸入了一个合适的表面。然后我立刻得到了我想要的。分子排列整齐，非常漂亮。
霍尔：雅各布刚刚发现，你不需要物理压力来创建这些单分子层。你只需要使用分子与表面之间的自然相互作用即可。
萨吉夫：但你必须知道放什么进去。我的意思是，这种溶液必须是合适的溶液，在合适的条件下和合适的分子下，如果一切都合适，你只需浸入并取出即可。
霍尔：这些通过化学反应而非物理压力形成的层，后来被称为自组装单分子层。它们彻底改变了我们操纵分子和涂层表面的方法。但在实验室里，没有人对雅各布的发现感兴趣。
萨吉夫：当您开始做一些新的事情时，这是一个问题。让人们做其他事情非常困难。
霍尔：实验室里的其他人都习惯使用朗缪尔-布洛杰特单分子层，他们不想改变方向。因此，雅各布离开了，并在以色列魏茨曼科学研究院获得了一个职位，他在那里发表了几篇关于他的发现的论文。
但仍然没有人真正注意到。
萨吉夫：1982年召开了第一届朗缪尔-布洛杰特薄膜国际会议。我写信给他们，说我想参加。我得到的是海报展示，而不是演讲。
霍尔：甚至他的前导师汉斯·库恩也批评了雅各布的自组装单分子层。他说它们不如使用朗缪尔-布洛杰特技术形成的那些好。雅各布辩称，新技术的出现通常是这种情况。
萨吉夫：以第一架飞机为例。将其与热气球进行比较。这是一个更优越的原理，但效果不佳。但这并不意味着我们将永远停留在气球上。
霍尔：但大多数学者都不相信。甚至包括雅各布自己机构的科学家。他在魏茨曼研究所未能获得终身教职，并被迫辞职。
萨吉夫：我去了我们城镇雷霍沃特的失业办公室，登记为化学教授，失业。
霍尔：但渐渐地，雅各布的运气发生了变化。魏茨曼科学研究所让他以副教授的身份回来，并重新申请终身教职。
此外，在美国，他的同事获奖者拉尔夫·努佐、大卫·阿拉拉和乔治·怀特塞兹发现了他的工作。努佐和阿拉拉也在贝尔实验室研究自组装单分子层。
萨吉夫：他们邀请我去贝尔实验室拜访他们。这真是太棒了。他们告诉我他们在做什么。我告诉他们我们在做什么。
霍尔：贝尔实验室的科学家在他们的研究论文中引用了雅各布。1989年，雅各布终于获得了终身教职。他现在因其对纳米科学和化学的贡献而广为人知，但这需要时间。
霍尔：雅各布说，最好的科学始终是由纯粹的好奇心驱动的。但这并不总是能带来成功。
萨吉夫：你永远不会获得一项资助，声明这项工作的目的是满足你的好奇心。你总是要说这对什么有好处？但是，如果你每次都考虑，就眼前的应用而言，这对什么有好处？那么在基础科学方面你就不会取得太大进展。
霍尔：雅各布给其他科学家的建议是什么？如果你想拥有美好的职业生涯，不要走他的路。如果你想做出重要的发现，请克服障碍，继续前进。
霍尔：雅各布·萨吉夫是以色列雷霍沃特魏茨曼科学研究院的教授。
今年，他与拉尔夫·努佐、大卫·阿拉拉和乔治·怀特塞兹分享了卡вли纳米科学奖。
卡вли奖旨在表彰科学家在天体物理学、纳米科学和神经科学领域的突破——改变我们对宏观、微观和复杂事物的理解。
卡вли奖是挪威科学与文学院、挪威教育与研究部以及美国卡вли基金会之间的合作伙伴关系。
这项工作由大众科学定制媒体制作，并在卡вли奖的支持下完成。
[以上文字是此播客的文字记录。]