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“千人计划”专家张晗:用无限想象 构建未来二维世界

来源:科技日报 作者:张宇强 2017-03-21 11:52:35

  近年来,二维晶体材料因其优越的光电特性,成为半导体材料研究的热点之一。可以预见新材料研发与应用将会给众多领域带来革命性的变化。比如,当前如火如荼的石墨烯,就被称为“新材料之王”,科学家甚至预言石墨烯将彻底改变21世纪。年轻的80后教授、深圳大学博士生导师张晗就是石墨烯的研发者之一,已在这个领域深耕8年,并取得不俗成果。

  从石墨烯到黑磷

  自2010年安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫因石墨烯研究获诺奖以来,石墨烯这种二维材料即以其独特性质,成为业界关注的焦点。近年来,另外一种和石墨烯有着类似性质的新材料——黑磷的特异性也日益凸显,并在电学、光学、生物化学等多个领域展现出巨大的应用潜力。

  优于石墨烯的是,黑磷的能带隙能通过层数进行调控,吸收从可见光到通信用红外线范围的波长;此外,黑磷可以和光直接耦合,检测到整个可见光到近红外区域的光谱,这个特性使得黑磷未来极有可能成为一种优质的光电器件材料。这些还仅仅是初步的研究成果,黑磷性能还有极大的探索空间,现在对其前景作任何的推断都还太早。作为深圳黑磷光电技术工程实验室主任张晗教授在黑磷材料的研究方面,他带领的深圳市孔雀创新团队首次研发了基于黑磷的光纤锁模激光器,得到了超短脉冲激光的输出信号,两项工作被OFweek评为十大激光技术进展。

  做探索者,不做追随者

  2007年,他进入新加坡南洋理工大学深造,在进行激光学方向博士研究时,他产生了将石墨烯等新材料和光电工程相结合的想法,两种不同领域的优势互补肯定会碰撞出不一样的思想火花。发表高水平论文100多篇,论文总被引用次数超过7000次,两篇论文入选中国百篇具影响力国际学术论文。

  2012年,获得中组部的“青年千人计划”和基金委首届“优青”获得者,归国并选择深圳大学任教,组建了“二维材料先进光电器件研发团队”。当时,国际黑磷研究尚处于起步阶段,在国际上成功制备出大面积稳定的少层黑磷,并且将其应用于先进光电器件。针对黑磷的液相制备新方法,揭示了黑磷独特的层数依赖拉曼特性和非线性光学特性,还利用黑磷实现了对光纤激光器的锁模,在“薄层黑磷的大批量制备”上获得突破。

  因为磷是生物体内必须的元素,其在生物医学领域的应用的优势也是无可比拟的。近期,张晗团队在黑磷生物医学新应用上取得新突破,发现黑磷纳米薄片可实现肿瘤的光热治疗、化疗和生物响应的三重协同治疗,多模式精准治疗癌症,相关科研成果近日在国际顶尖刊物《先进材料》作为封面文章发表。在黑磷被发现的短短两年多时间内,张晗团队在这个领域一路高歌猛进、勇往直前。张晗认为,科学家应该在石墨烯、黑磷等新材料领域不断发力,把握先机,争取实现对国际同行的超越。“我们的目标不是要做一个紧跟国外脚步的‘追随者’,而是要走在业界前沿,争取成为该领域的‘开拓者’和‘引领者’。”

  二维材料世界筑梦,未来犹可期

  张晗认为,在产业化或研发的过程中,应该回归到石墨烯、黑磷本身的物理特性上,瞄准它最基础也是最卓越的性能,做核心应用的核心研究。他更愿意把已取得的成果看成新的起点,继续加强在基础理论方面的研究,以此为契机,不断突破自我,抢占国际技术制高点。

  科研的价值,最终还是得借力于工业生产才能实现资源利用的最大化,造福社会。比如,像黑磷这样的新型二维材料的研究,刚刚起步,尚未形成专利技术或商业市场性壁垒,国内科研工作者与国际处于同一起跑线,对于国内学者来说不可谓不是千载难逢的机遇。未来,我们要通过自己的努力,在基础研究和技术专利、产业化方面加快取得突破,形成自己的专利技术壁垒,从而推动国内光电材料领域的繁荣发展。黑磷和石墨烯各自展现了它们的精彩成绩,但或许未来还有更多可能,让我们和张晗一起期待。


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