Shenzhen black phosphor technology engineering laboratory

Mainly engaged in the study of the optical properties of two-dimensional materials and biological optical properties

【新闻动态】 科学路上,不当“随从”(治学者) 2016年04月07日 来源:人民网-人民日报 本报记者 吕绍刚 管璇悦

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张晗(右)与团队成员在实验室工作。资料图片

5日,《石墨烯材料的术语、定义及代号》国家标准(征求意见稿)在中国国家标准化管理委员会官网正式公布,标志着我国首个石墨烯国家标准制定取得重要进展。

石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体,被称为“新材料之王”,自被发现起便备受关注,吸引了众多追随者。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,已在这个领域钻研8年。在日前深圳市科技创新委员会公布的2015年深圳引进的18个孔雀团队名单中,张晗带领的“二维材料先进光电器件研发团队”以“深圳首个石墨烯团队”的身份名列其中。

我们的目标不是做紧跟国外脚步的追随者,而是成为领域的开拓者和引领者

穿上里外两层防尘服,用帽子包裹住头发,全身上下只能露出双手和一张脸……在深圳大学的光电实验室里,张晗正带领学生一次又一次地实验、记录、再实验。

早在2005年读材料物理学专业时,张晗就对光纳米管产生了浓厚兴趣。新材料石墨烯的迅速崛起,更坚定了他对新材料深入研究的决心。“石墨烯是目前发现的最薄、最坚硬、导电导热性能最强的一种新型纳米材料,被称为‘黑金’,有望成长为下一个万亿级产业。”张晗说。攻读博士后期间,张晗萌生了将新材料与光电工程相结合的想法。“两个看似不相关的学科融合在一起,一定会产生意想不到的科学创新。”这条交叉学科路一走就是8年。8年来,他发表了100多篇论文,论文总被引用次数超过5000次,ESI高引用论文超过20篇。

2012年,学成归国的张晗与3位志同道合的研究者一起,在深圳组成了自己的研究团队。两年后,一种新型材料引起了张晗的注意。这种类石墨烯的新型二维材料“黑磷”拥有可控调节的能隙,可将电子信号转成光信号,具备一些石墨烯所不具备的特性,因此被视为新一代超级材料。

当时,国际研究尚处于起步阶段,张晗带领团队率先探索出了针对“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。

成果一经公开就引起了国内外材料学领域的广泛关注。“黑磷”被发现不过短短一年多时间,这个平均年龄还不到35岁的团队却俨然已成为该领域研究的领头人。“我们的目标不是要做一个紧跟国外脚步的‘追随者’,而是要走在学界的前沿,成为‘开拓者’和‘引领者’。”张晗说。

只有踏实搞好基础研究,夯实科研土壤,才能让产业蓬勃生长。

新型二维材料的用途很广。二维材料光电器件安装在互联网交换机中,可以提升互联网传输速度、扩充容量;应用在投影仪、显示屏、相机上,能够提高成像速度和质量。但目前,传统光电器件的核心专利都把持在国外企业手中。

“如果能提前布局前沿光电器件,我们就很有可能打破国外技术垄断、抢占国际技术制高点。”张晗表示,深圳的光电器件产业优势巨大,拥有中兴、华为等众多龙头企业,材料唾手可得,市场潜力惊人,成果转化水到渠成。“这些都让我们的研究始终能‘接地气’。”

在“孔雀计划”团队的申请过程中,曾有评委建议张晗的团队“加快市场转换突破”。但张晗更希望团队能踏踏实实地做好基础研究,先关注“难啃的骨头”,也就是基础性的学术研究。

“科学家需要在幕后承担更多的使命,只有夯实了科研的土壤,产业才能蓬勃生长、枝繁叶茂。”现在,除了指导10多位博士、博士后的研究外,张晗还在深圳大学兼顾硕士生课程。“当然,做学术研究不能只闷头待在实验室,需要把握其中的度。企业在生产过程中遇到的困难,可以借力高水准的科研工作来攻克。产研结合使科研更接地气,让产业更迅速地优化升级、更新换代。”张晗说。

石墨烯的工业化才刚起步,国标的制定能为产业化提供参考

2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功从石墨中分离出石墨烯,首次证实它可以单独存在,并因此获得2010年诺贝尔物理学奖。近年来,石墨烯在火热的同时也饱受争议。

有人认为石墨烯被神化了,许多关于它性能的说法或是所谓的“突破”都存在夸大其词、混淆概念的现象,在很多领域它或许不是最理想的材料选择,应用前景有待考量。也有人觉得,石墨烯的概念之风在资本市场盛行,但市场上大热的“石墨烯电池”等概念本身就有待商榷,炒作成分居多。还有人认为,虽然石墨烯是市场热点,一些公司也已具备制备石墨烯的能力,但其与下游应用的结合显然还不够理想,并由于存在制程复杂性、成本等诸多瓶颈,产业化之路仍然漫长。

“有争议也是好事,因为真理越辩越明。”在张晗看来,之所以会出现关于石墨烯的争议和误解,是因为市场缺少门槛,导致大量搭着石墨烯概念风潮做中低端应用的人蜂拥而至。“石墨烯不是‘万金油’,学术界很多人承认的是它在某些方面的优越性。”

张晗认为,石墨烯的杀手锏性能是其电子特性和光学特性,除此以外并无特别之处。“在产业化或研发的过程中,应该回归到石墨烯本身的物理特性上,瞄准它最有特色和最拿手的性能,做核心应用的核心研究。”他认为,初期出现一些盲目跟风在所难免,但最终会被时间淘汰。

材料的产业化过程离不开标准的制定,《石墨烯材料的术语、定义及代号》国家标准(征求意见稿)的公布被张晗评价为“具有标志性意义”。“虽然关于石墨烯的学术研究已经进行了很多年,但从全球范围看,它的工业化和工业标准刚刚起步,提前提出标准能够提高我国在这个领域工业化生产的话语权。”

标准的制定还能为石墨烯的产业化提供参考。“从领域实践看,石墨烯材料的火热造成许多同质竞争和低水平的重复浪费,标准的设立能够告诉市场和企业哪些研发是值得做的,哪些是没有必要的。另外,这个方案本身也能为科研政策制定机构提供导向性的参考,对石墨烯领域的科研项目分配有更好的把握。”张晗说。

(责编:陈育柱、王星)

Created: Jul 01, 2019 | 16:11