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深圳大學教授張晗團隊專注于石墨烯新材料研發

2016-04-08 11:07:54 作者：本網整理來源：

　　4月5日，《石墨烯材料的術語、定義及代號》國家標準（征求意見稿）在中國國家標準化管理委員會官網正式公布，標志著我國首個石墨烯國家標準制定取得重要進展。

　　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，被稱為“新材料之王”，自被發現起便備受關注，吸引了眾多追隨者。年輕的80后教授、深圳大學博士生導師張晗就是石墨烯的研發者之一，已在這個領域鉆研8年。在日前深圳市科技創新委員會公布的2015年深圳引進的18個孔雀團隊名單中，張晗帶領的“二維材料先進光電器件研發團隊”以“深圳首個石墨烯團隊”的身份名列其中。

　　我們的目標不是做緊跟國外腳步的追隨者，而是成為領域的開拓者和引領者

　　穿上里外兩層防塵服，用帽子包裹住頭發，全身上下只能露出雙手和一張臉……在深圳大學的光電實驗室里，張晗正帶領學生一次又一次地實驗、記錄、再實驗。

　　早在2005年讀材料物理學專業時，張晗就對光納米管產生了濃厚興趣。新材料石墨烯的迅速崛起，更堅定了他對新材料深入研究的決心。“石墨烯是目前發現的最薄、最堅硬、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，被稱為‘黑金’，有望成長為下一個萬億級產業。”張晗說。攻讀博士后期間，張晗萌生了將新材料與光電工程相結合的想法。“兩個看似不相關的學科融合在一起，一定會產生意想不到的科學創新。”這條交叉學科路一走就是8年。8年來，他發表了100多篇論文，論文總被引用次數超過5000次，ESI高引用論文超過20篇。

　　2012年，學成歸國的張晗與3位志同道合的研究者一起，在深圳組成了自己的研究團隊。兩年后，一種新型材料引起了張晗的注意。這種類石墨烯的新型二維材料“黑磷”擁有可控調節的能隙，可將電子信號轉成光信號，具備一些石墨烯所不具備的特性，因此被視為新一代超級材料。

　　當時，國際研究尚處于起步階段，張晗帶領團隊率先探索出了針對“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非線性光學特性，還利用黑磷實現了對光纖激光器的鎖模，在“薄層黑磷的大批量制備”上獲得突破。

　　成果一經公開就引起了國內外材料學領域的廣泛關注。“黑磷”被發現不過短短一年多時間，這個平均年齡還不到35歲的團隊卻儼然已成為該領域研究的領頭人。“我們的目標不是要做一個緊跟國外腳步的‘追隨者’，而是要走在學界的前沿，成為‘開拓者’和‘引領者’。”張晗說。

　　只有踏實搞好基礎研究，夯實科研土壤，才能讓產業蓬勃生長

　　新型二維材料的用途很廣。二維材料光電器件安裝在互聯網交換機中，可以提升互聯網傳輸速度、擴充容量；應用在投影儀、顯示屏、相機上，能夠提高成像速度和質量。但目前，傳統光電器件的核心專利都把持在國外企業手中。

　　“如果能提前布局前沿光電器件，我們就很有可能打破國外技術壟斷、搶占國際技術制高點。”張晗表示，深圳的光電器件產業優勢巨大，擁有中興、華為等眾多龍頭企業，材料唾手可得，市場潛力驚人，成果轉化水到渠成。“這些都讓我們的研究始終能‘接地氣’。”

　　在“孔雀計劃”團隊的申請過程中，曾有評委建議張晗的團隊“加快市場轉換突破”。但張晗更希望團隊能踏踏實實地做好基礎研究，先關注“難啃的骨頭”，也就是基礎性的學術研究。

　　“科學家需要在幕后承擔更多的使命，只有夯實了科研的土壤，產業才能蓬勃生長、枝繁葉茂。”現在，除了指導10多位博士、博士后的研究外，張晗還在深圳大學兼顧碩士生課程。“當然，做學術研究不能只悶頭待在實驗室，需要把握其中的度。企業在生產過程中遇到的困難，可以借力高水準的科研工作來攻克。產研結合使科研更接地氣，讓產業更迅速地優化升級、更新換代。”張晗說。

　　石墨烯的工業化才剛起步，國標的制定能為產業化提供參考

　　2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫成功從石墨中分離出石墨烯，首次證實它可以單獨存在，并因此獲得2010年諾貝爾物理學獎。近年來，石墨烯在火熱的同時也飽受爭議。

　　有人認為石墨烯被神化了，許多關于它性能的說法或是所謂的“突破”都存在夸大其詞、混淆概念的現象，在很多領域它或許不是最理想的材料選擇，應用前景有待考量。也有人覺得，石墨烯的概念之風在資本市場盛行，但市場上大熱的“石墨烯電池”等概念本身就有待商榷，炒作成分居多。還有人認為，雖然石墨烯是市場熱點，一些公司也已具備制備石墨烯的能力，但其與下游應用的結合顯然還不夠理想，并由于存在制程復雜性、成本等諸多瓶頸，產業化之路仍然漫長。

　　“有爭議也是好事，因為真理越辯越明。”在張晗看來，之所以會出現關于石墨烯的爭議和誤解，是因為市場缺少門檻，導致大量搭著石墨烯概念風潮做中低端應用的人蜂擁而至。“石墨烯不是‘萬金油’，學術界很多人承認的是它在某些方面的優越性。”

　　張晗認為，石墨烯的殺手锏性能是其電子特性和光學特性，除此以外并無特別之處。“在產業化或研發的過程中，應該回歸到石墨烯本身的物理特性上，瞄準它最有特色和最拿手的性能，做核心應用的核心研究。”他認為，初期出現一些盲目跟風在所難免，但最終會被時間淘汰。

　　材料的產業化過程離不開標準的制定，《石墨烯材料的術語、定義及代號》國家標準（征求意見稿）的公布被張晗評價為“具有標志性意義”。“雖然關于石墨烯的學術研究已經進行了很多年，但從全球范圍看，它的工業化和工業標準剛剛起步，提前提出標準能夠提高我國在這個領域工業化生產的話語權。”

　　標準的制定還能為石墨烯的產業化提供參考。“從領域實踐看，石墨烯材料的火熱造成許多同質競爭和低水平的重復浪費，標準的設立能夠告訴市場和企業哪些研發是值得做的，哪些是沒有必要的。另外，這個方案本身也能為科研政策制定機構提供導向性的參考，對石墨烯領域的科研項目分配有更好的把握。”張晗說。

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責任編輯：班英飛

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