安德烈·海姆（Andre K. Geim），俄罗斯裔英国籍物理学家，因“在二维石墨烯材料的开创性实验”而与其学生康斯坦丁·诺沃肖洛夫一同获得2010年诺贝尔物理学奖，2013年获得科普利奖，现为曼彻斯特介观科学与纳米科技研究中心主任、曼彻斯特大学教授。
海姆所率领的研究团队，最近又解决了物理学中的一个150年的方程式难题，该最新研究结果论文，发表在这一期的《自然》杂志上。
该研究团队与论文作者中有四位中国研究学者，包括论文第一作者杨前（Qian Yang）。
水的毛细管冷凝在自然界和技术中无处不在。它通常发生在颗粒状和多孔性介质中，可以极大地改变诸如粘合、润滑、摩擦、和腐蚀等特性，并且在微电子、制药、食品、和其他行业使用的许多过程中都很重要。
具有150年历史的开尔文方程式通常用于描述冷凝现象，并且已被证明对直径小至几纳米的液体弯月面非常适用。对于甚至更小的毛细管，这些毛细管在环境湿度下会发生凝结，因此具有特别的实用价值，由于所需的限制变得与水分子的大小相当，因此开尔文方程式有望被打破。
该研究团队使用二维晶体的范德华装置来创建原子级毛细管，并研究其中的凝聚。所用的最小的毛细管高度不到4埃（ngstrms，1埃=10^–10米= 0.1奈米），只能容纳单层原子尺度的水。
出乎意料的是，即使在这种尺度下，研究人员也发现利用大量水的特征的宏观开尔文方程式，准确地描述了在强亲水性毛细管中的缩合转变，并且对于弱亲水性（石墨）毛细管仍然在质量上有效。
研究表明，这种性质可归因于毛细管壁的弹性变形，它抑制了原子级毛细管与水分子之间的可比性所期望的巨大振荡行为。该研究结果为更好地了解毛细血管效应提供了基础，这可在许多现实情况下都非常重要的领域内发挥重要作用。
举例来讲，在海滩上建造沙堡，尽管基本的基础物理学是众所周知的，但在过去十多年时间里，物理学家仍继续对这种引人入胜的粒状材料获得新的见解。这一最新突破解决了这一问题。
制造沙堡所需的全部只是沙子和水。水就像一种胶，通过毛细作用力将沙粒保持在一起。研究表明，建造结构合理的沙堡的理想比例是每八桶沙子中有一桶水。
在2008年，物理学家就深入研究为什么沙子在变湿时会变粘。通过使用X射线显微照相技术拍摄了湿玻璃珠的3D图像，其形状和大小与沙粒相似。当他们将液体添加到干燥的粒子中时，观察到了各个粒子之间形成的液体“毛细管桥”。添加更多的液体会使桥变得更大，并且这种情况发生时，粒胎圈表面会与更多的水接触，从而进一步增加了粘合效果。但是，随着桥结构的增大，毛细作用力的相应减小抵消了增加的结合作用。该研究得出结论，即使水分含量发生变化，将粒子粘合在一起的力也不会改变。
从数学上讲，这种毛细管冷凝现象，即环境空气中的水蒸气将如何在多孔材料内部或接触表面之间自发冷凝，通常由1871年开尔文所提出的方程式描述。尽管这是一个宏观方程，但事实证明，精确到10纳米尺度都非常精确，但是缺乏能说明甚至更小的尺度的完整描述，这使物理学家长期感到沮丧。
这种冷凝的典型湿度在30％到50％之间，但是在1纳米或更小的分子尺度（水分子的直径约为0.3纳米）下，在1纳米内只能容纳一到两个分子层的水毛细血管。在这样的尺度下，开尔文方程似乎没有意义。这对于建造沙堡可能并不重要，但是毛细管冷凝也与许多微电子、制药和食品加工行业有关。该研究找到了一种克服长期研究分子规模毛细管实验挑战的方法。
论文第一作者杨前表示：“这真是一个很大的惊喜。我期望传统物理学会彻底崩溃。” “原来的方程式行之有效。最终解决百年之谜的过程有点令人失望，但也令人兴奋。因此，我们可以放轻松，所有这些冷凝效应和相关特性现在都得到了有力的证据支持，而不是凭直觉似乎有效而可以使用公式。”
海姆说：“好的理论常常超出其适用范围。” “开尔文勋爵是一位杰出的科学家，做出了许多发现，但即使他也一定会惊讶地发现，他的理论，最初考虑的是毫米级的管子，甚至可以保持在一个原子级别上。事实上，开尔文在开创性论文中评论到正是这种可能性。所以我们的工作同时证明了他的是与非。”
