如何使一塊玻璃防水？如何保護金屬免受腐蝕性化學物質的侵害？幾個世紀以來，科學家們一直在研究如何改造表面。
雅各布·薩吉夫透過發現一種用超薄分子層改造固體表面的方法，在這個研究領域邁出了一大步。
他與拉爾夫·努佐、大衛·阿拉拉和喬治·懷特塞茲分享了卡вли奈米科學獎，因為他們發現並應用了一種方法，這種方法已應用於從電池到汽車擋風玻璃，再到牙科植入物等各種領域。
大眾科學定製媒體與卡вли獎合作，採訪了雅各布，以瞭解更多關於他對這項工作的貢獻。
梅根·霍爾：雅各布·薩吉夫從小就知道自己想成為一名化學家。
雅各布·薩吉夫：我從10歲起就開始玩化學。但是，當然，當你說化學時，你會想到什麼？你會想到試管，煮沸東西，把液體從一個燒杯倒入另一個燒杯。
霍爾：當雅各布讀研究生時，他已經從玩試管發展到操縱分子。
薩吉夫：化學的夢想是掌握每個分子，能夠將它放在正確的位置，並用分子進行構建。這是每個化學家都會夢想的終極目標。
霍爾：到目前為止，雅各布已經嘗試了透過將分子溶解到薄塑膠薄膜中來排列分子的不同方法。他發現，如果拉伸這種薄膜，分子就會排列起來，他就可以測量它們。
薩吉夫：它在固體中，也就是聚合物中，你可以透過這樣做來控制這些分子的組織方式，這很有用。
霍爾：但是，當雅各布完成博士學位時，他渴望做更多的事情。他需要一份工作。
薩吉夫：我正在尋找博士後職位。我有一個朋友，一位同事，也在研究分子和聚合物。在他的桌子上，我突然看到一篇論文，上面有一些奇怪的圖片。
霍爾：這些奇怪的圖片很簡單——只是線條和圓圈。但它們代表了排列成單層的分子。
薩吉夫：我從來沒有見過這樣的東西，所以我問他，那是什麼？他說，這些是單分子層。我問，那是什麼，他就開始向我解釋。
霍爾：雅各布的朋友解釋說，這些單分子層是透過將分子放入水中形成的。不僅僅是任何分子——一種特殊的分子，一端吸引水，另一端排斥水。
薩吉夫：所以，如果你把它們放在水面上，它們會粘在水面上。但它們不會溶解，它們不會進入水中。
霍爾：想象一下，這些分子看起來像火柴，頭部吸引水，尾部不吸引水。
薩吉夫：如果你把它們扔在桌子上，它們會隨機分散。如果你把它們放在盒子裡，把它們放在一起，它們沒有移動的空間，那麼它們就會排列整齊。
霍爾：這基本上就是科學家們所做的。他們透過小心地推動水面，將所有這些像火柴一樣的分子排列起來，直到它們都直立起來，但頭部朝下。
薩吉夫：然後它就像漂浮在水面上的地毯，所有的分子都排列整齊。
霍爾：然後，科學家們可以使用玻璃載玻片將這些分子地毯從水中舀出來。然後它們形成可以改變表面作用方式的層。
薩吉夫：他們展示了非常好的效果。例如，抗反射塗層。你可以降低表面的反射率等等。
霍爾：這個過程早在1920年代後期就由歐文·朗繆爾和凱瑟琳·布洛杰特發明了。
雅各布以前從未讀過他們的著作，但當他在朋友的桌子上看到那篇文章時，他立刻就被迷住了。
薩吉夫：我記得我立刻就知道這就是我想做的。你知道，這就像墜入愛河。
霍爾：他衝到圖書館去了解更多關於這項技術的知識，並加入了漢斯·庫恩領導的實驗室，漢斯·庫恩正在朗繆爾和布洛杰特開發的技術基礎上進行構建。
薩吉夫：我認為他們從60年代早期開始研究朗繆爾-布洛杰特技術。那時，我認為那是朗繆爾-布洛杰特的聖地。
霍爾：但是實驗室有一個難題無法解決。
薩吉夫：他們問自己，我們如何在朗繆爾-布洛杰特薄膜中排列分子。
霍爾：實驗室的科學家認為，如果你取一層單分子層，並將它們鋪在覆蓋著晶體的表面上，分子就會與這些晶體的圖案相吻合。問題是他們使用的晶體溶於水。
薩吉夫：因此，為了轉移朗繆爾-布洛杰特薄膜，我們必須將其浸入水中。當我們將其浸入水中時，組織結構就消失了。
霍爾：為了解決這個問題，雅各布回到了他在研究生院的經驗，使用薄聚合物薄膜組織分子。
薩吉夫：我說，好吧，我有一個更好的主意。我知道如何製造不溶於水的聚合物。而且我知道分子在聚合物內部會定向排列。
霍爾：雅各布認為，如果你將朗繆爾-布洛杰特層放在聚合物薄膜的頂部，你就可以組織分子。
薩吉夫：然後我就開始嘗試這個。
霍爾：但是……
薩吉夫：什麼都沒有。朗繆爾-布洛杰特單分子層不想重組。
霍爾：他試圖弄清楚為什麼這與他在研究生院時的方式不同。
薩吉夫：然後我開始思考，稍等，為什麼它們不對齊？它們不對齊是因為它們是堅硬的地毯。
霍爾：朗繆爾-布洛杰特單分子層是透過將大量分子擠壓在一起而建立的，現在它們被卡住了。
薩吉夫：它們像固體一樣，分子無法移動。
霍爾：但雅各布將這種侷限性視為一個機會。
薩吉夫：最好的事情是與預測不符的實驗，因為我認為我們的思維侷限於某種思維方式，而實驗可以教給你的東西比你事先能想到的更多。
霍爾：如果朗繆爾-布洛杰特單分子層被壓縮得無法重組，那麼如果不使用它們會怎麼樣？如果你將合適的分子放入溶液中，它們會自行組織嗎？雅各布嘗試了一下。
薩吉夫：我只使用有機溶液，而不是水。我將分子溶解在有機溶液中。我浸入了一個合適的表面。然後我立刻得到了我想要的。分子排列整齊，非常漂亮。
霍爾：雅各布剛剛發現，你不需要物理壓力來建立這些單分子層。你只需要使用分子與表面之間的自然相互作用即可。
薩吉夫：但你必須知道放什麼進去。我的意思是，這種溶液必須是合適的溶液，在合適的條件下和合適的分子下，如果一切都合適，你只需浸入並取出即可。
霍爾：這些透過化學反應而非物理壓力形成的層，後來被稱為自組裝單分子層。它們徹底改變了我們操縱分子和塗層表面的方法。但在實驗室裡，沒有人對雅各布的發現感興趣。
薩吉夫：當您開始做一些新的事情時，這是一個問題。讓人們做其他事情非常困難。
霍爾：實驗室裡的其他人都習慣使用朗繆爾-布洛杰特單分子層，他們不想改變方向。因此，雅各布離開了，並在以色列魏茨曼科學研究院獲得了一個職位，他在那裡發表了幾篇關於他的發現的論文。
但仍然沒有人真正注意到。
薩吉夫：1982年召開了第一屆朗繆爾-布洛杰特薄膜國際會議。我寫信給他們，說我想參加。我得到的是海報展示，而不是演講。
霍爾：甚至他的前導師漢斯·庫恩也批評了雅各布的自組裝單分子層。他說它們不如使用朗繆爾-布洛杰特技術形成的那些好。雅各布辯稱，新技術的出現通常是這種情況。
薩吉夫：以第一架飛機為例。將其與熱氣球進行比較。這是一個更優越的原理，但效果不佳。但這並不意味著我們將永遠停留在氣球上。
霍爾：但大多數學者都不相信。甚至包括雅各布自己機構的科學家。他在魏茨曼研究所未能獲得終身教職，並被迫辭職。
薩吉夫：我去了我們城鎮雷霍沃特的失業辦公室，登記為化學教授，失業。
霍爾：但漸漸地，雅各布的運氣發生了變化。魏茨曼科學研究所讓他以副教授的身份回來，並重新申請終身教職。
此外，在美國，他的同事獲獎者拉爾夫·努佐、大衛·阿拉拉和喬治·懷特塞茲發現了他的工作。努佐和阿拉拉也在貝爾實驗室研究自組裝單分子層。
薩吉夫：他們邀請我去貝爾實驗室拜訪他們。這真是太棒了。他們告訴我他們在做什麼。我告訴他們我們在做什麼。
霍爾：貝爾實驗室的科學家在他們的研究論文中引用了雅各布。1989年，雅各布終於獲得了終身教職。他現在因其對奈米科學和化學的貢獻而廣為人知，但這需要時間。
霍爾：雅各布說，最好的科學始終是由純粹的好奇心驅動的。但這並不總是能帶來成功。
薩吉夫：你永遠不會獲得一項資助，宣告這項工作的目的是滿足你的好奇心。你總是要說這對什麼有好處？但是，如果你每次都考慮，就眼前的應用而言，這對什麼有好處？那麼在基礎科學方面你就不會取得太大進展。
霍爾：雅各布給其他科學家的建議是什麼？如果你想擁有美好的職業生涯，不要走他的路。如果你想做出重要的發現，請克服障礙，繼續前進。
霍爾：雅各布·薩吉夫是以色列雷霍沃特魏茨曼科學研究院的教授。
今年，他與拉爾夫·努佐、大衛·阿拉拉和喬治·懷特塞茲分享了卡вли奈米科學獎。
卡вли獎旨在表彰科學家在天體物理學、奈米科學和神經科學領域的突破——改變我們對宏觀、微觀和複雜事物的理解。
卡вли獎是挪威科學與文學院、挪威教育與研究部以及美國卡вли基金會之間的合作伙伴關係。
這項工作由大眾科學定製媒體制作，並在卡вли獎的支援下完成。
[以上文字是此播客的文字記錄。]