中國粉體網訊 科學家應該在石墨烯、黑磷等新材料領域不斷發力，把握先機，爭取實現對國際同行的趕超，成為該領域的“開拓者”和“引領者”。
眾所周知，新材料的使用，能夠給很多領域帶來革命性的變化。比如，當前如火如荼的石墨烯，就被譽為“黑金”“新材料之王”，科學家甚至預言石墨烯將“徹底改變21世紀”。
近年來，另外一種和石墨烯有著類似性質的新材料——黑磷的重要性也日益凸顯，被科學家和企業界看好。所幸的是，在黑磷的基礎研究和應用方面，來自中國的科學家走在了世界前列。作為“青年千人”，深圳黑磷光電技術工程實驗室主任張晗教授在黑磷材料的研發方面，不斷取得重大突破。
從布魯塞爾到深圳
要談黑磷，不得不先談石墨烯。
張晗介紹，石墨烯是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體，2004年被證實可單獨存在。它是目前發現的最薄、最堅硬、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，可用于制造超微型晶體管，生產未來的超級計算機，還適合作為透明電子產品的原料。
“事實上，我的科研生涯最早就是從石墨烯的研究開始，在這個領域也有七八年的技術積淀。”張晗告訴記者。
2002年，張晗考入武漢大學，攻讀材料物理學。在本科期間，他就對碳材料有了濃厚的興趣。2007年，他進入新加坡南洋理工大學微電子專業就讀，在進行激光學方向博士研究時，他產生了將石墨烯等新材料與光電工程相結合的想法。“很多科學成果，都是不同學科的交叉得來。”
此后，張晗又在比利時布魯塞爾自由大學做博士后。但他一直在石墨烯材料領域持續研究。八年來，他在光電子期刊上共發表論文100多篇，封面論文超過10篇。論文總被引用超過5000次，ESI高引用論文超過20篇。一篇論文入選中國百篇最具影響力論文。
科研的價值，最終還是需要和工業生產相結合才能體現，尤其是在新材料領域，石墨烯的產業化和應用顯得更為急迫。
2012年，通過中組部的“青年****”，張晗回到國內，選擇在深圳大學任教，和昔日好友組建了“二維材料先進光電器件研發團隊”，致力于新材料研發。同年，他也成為國家自然科學基金委首屆“優秀青年基金”的獲得者。
在不長的時間內，張晗與合作者共同研發出了首臺石墨烯超快鎖模光纖激光器，制備出了首個基于石墨烯的寬帶偏振器；發現了石墨烯在太赫茲波段的非線性響應；實現了基于拓撲絕緣體材料的光纖及固體激光器的寬帶鎖模或調制，可謂成果顯著。
從石墨烯到黑磷
那么，既然已經在石墨烯領域取得了不小的成績，后來怎么把注意力轉向了黑磷呢？
和石墨烯一樣，黑磷也是一種新型單元素二維原子晶體材料。黑磷是磷的同素異形體中最穩定的一種，具有類似石墨的片狀結構，單原子層厚度的黑磷又稱為黑磷烯。它是用白磷在很高壓強和較高溫度下轉化而形成的。
張晗介紹說，黑磷擁有可控調節的能隙，可將電子信號轉成光信號，而且其能隙是可通過在硅基板上堆疊的黑磷層數來做調節，使其能吸收可見光范圍以及通訊用紅外線范圍的波長，可用作新型光電材料的研發。
“石墨烯是一種無帶隙的半金屬半導體材料，擁有超高的電子遷移率以及寬帶光吸收特性。但無帶隙的能帶結構限制了石墨烯在光電領域的應用和發展。而黑磷的最大特點是擁有隨著層數可變的直接帶隙，這恰好解決了困擾石墨烯的難題。”張晗說。
此外，黑磷的應用不局限于光電領域，其在生物醫學領域也具有優勢。經過加工，可以用作腫瘤治療。
2014年，就在黑磷材料研究剛剛在國外興起時，張晗就敏銳地注意到這一領域，并迅速展開研究，取得了不少成果。
在短短的時間內，張晗團隊率先成功建立了針對“黑磷”的液相制備新方法，揭示了黑磷獨特的層數依賴拉曼特性和光學非線性，還利用黑磷成功實現了對光纖激光器的鎖模。
此外，張晗團隊還在國際上首次成功制備出大面積穩定的少層黑磷，并且將其應用于先進光電器件。該成果一經公開，就引起國內外材料學領域的廣泛關注。相關論文發表于《先進功能材料》，并被有關方面評選為“2015年激光年度十大進展”。將二維黑磷納米材料應用于診斷治療制劑載體的制備以及功能化修飾，研發了一種超薄黑磷納米片載體負載臨床化療藥物阿霉素，顯示出黑磷載藥納米薄片具備優良的生物相容性，在免疫缺陷的裸鼠身上取得了強化的抑瘤效果，相關系列工作發表于《自然·通信》及《先進材料》。可以說，黑磷被發現不過短短兩年多時間，但張晗團隊儼然已經成為這一領域研究的領頭羊。
科研既要“頂天”又要“立地”
進入2016年，張晗在黑磷材料領域的成果依然不斷。
7月份，張晗團隊和中國科學院深圳先進技術研究院研究員喻學鋒團隊合作，在黑磷量子點的制備及超快光子學應用領域取得新進展。他們采用溶劑熱方法成功制備了一種超小黑磷量子點，并首次揭示了黑磷量子點材料的非線性光學特性，將其成功應用于超快激光技術。這項成果表明黑磷量子點由于其自身的量子限定效應，在超快光子學的應用具有巨大的潛力，有望發展成為一種新型的光學功能材料。
“應該說，假以時日，黑磷材料在能源、催化、生物醫學等領域都能夠有廣泛的應用，并發揮巨大的作用。”張晗對于黑磷材料的前景充滿信心。
他認為，隨著國際范圍內科技領域競爭的日趨激烈，中國的科學家必須發力基礎研究，掌握原創性的核心科技。目前，以國家自然科學基金委為代表的多個部門，正在為中國的原創研究提供源源不斷的支持。同時，科學家也應該在石墨烯、黑磷等新材料領域不斷發力，把握先機，爭取實現對國際同行的趕超，成為該領域的“開拓者”和“引領者”。
“科學研究既要‘頂天’，又要能‘立地’。”張晗認為，在當前大眾創業、萬眾創新的大背景下，科學家也應當注重將實驗室的成果加速轉化為生產力，和企業進行深度合作，實現其最大價值。
據悉，深圳市組建了全國乃至全世界首個黑磷工程實驗室，將著手開展大面積、高性能二維黑磷材料的可控制備，研制出先進黑磷電子與光電子器件。“比如，像石墨烯、黑磷這樣的新型二維材料的研究，都還剛剛起步10年，尚未形成專利技術或商業市場性壁壘。這也是從事光電材料領域研發的學者的最大機遇。未來，我們要通過自己的努力，在基礎研究和技術專利、產業化方面加快取得突破，形成自己的技術壁壘，也推動國內光電材料領域的發展。”張晗最后表示。
