導(dǎo)語(yǔ)：
如何提升黑磷材料的穩(wěn)定性、拓展其應(yīng)用規(guī)模，一直是科研界所難以克服的問(wèn)題。2017年6月16日，由北京航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院的張夢(mèng)老師參與完成的研究成果，通過(guò)設(shè)計(jì)制備高性能穩(wěn)定黑磷噴墨打印墨水的方法，克服了基于黑磷材料器件的制備加工難題，該項(xiàng)成果的相關(guān)論文現(xiàn)已被Nature Communications所收錄。
背景：材料應(yīng)用新紀(jì)元
2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)科學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫制成了世界上最薄、強(qiáng)度最高的材料石墨烯。2010年，兩位科學(xué)家因在石墨烯研究方面的卓越成就而被授予諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，石墨烯被進(jìn)一步推向了科學(xué)界研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。
隨著研究的深入，越來(lái)越多的新型納米材料被發(fā)掘出具有與石墨烯相似的卓越性質(zhì)，黑磷就是其中的重要的一種。盡管黑磷為制造新型激光和光電器件時(shí)表現(xiàn)出了非凡的性能，但由于其加工工藝復(fù)雜且在外界環(huán)境中難以保持穩(wěn)定，嚴(yán)重阻礙了這種獨(dú)特材料的推廣應(yīng)用。
突破：交叉合作的碰撞
為攻克黑磷應(yīng)用中所遇到的難題，一支由北京航空航天大學(xué)、劍橋大學(xué)、帝國(guó)理工學(xué)院和浙江大學(xué)研究人員所組成的跨學(xué)科科研團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)運(yùn)而生。該項(xiàng)研究以北京航空航天大學(xué)和劍橋大學(xué)為主導(dǎo)，由帝國(guó)理工學(xué)院及浙江大學(xué)進(jìn)行輔助，其中劍橋石墨烯中心在墨水制備方面發(fā)揮突出作用，浙江大學(xué)利用光電探測(cè)器評(píng)估新材料的性能。張夢(mèng)老師擔(dān)任了團(tuán)隊(duì)的共同通訊作者，并主要負(fù)責(zé)研究中激光器的設(shè)計(jì)。
在黑磷噴墨打印技術(shù)的研究中，張夢(mèng)老師及其課題組通過(guò)精確控制墨水化學(xué)成分并平衡其相互競(jìng)爭(zhēng)的流體效應(yīng)得到穩(wěn)定的黑磷墨水，該墨水能高質(zhì)量、高均勻性、高速地大規(guī)模打印新型功能性光電器件。采用該方法打印的黑磷應(yīng)用到激光器中用作超快光開(kāi)關(guān)，將激光器的連續(xù)光輸出轉(zhuǎn)變?yōu)槌堂}沖序列，有利于該項(xiàng)技術(shù)在工業(yè)和醫(yī)療方面的推廣應(yīng)用。張夢(mèng)老師表示：“相比于其它研究，我們使用打印黑磷設(shè)計(jì)的非線性光學(xué)器件顯著提升了運(yùn)轉(zhuǎn)性能和穩(wěn)定性。”
張夢(mèng)老師實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)合影
心得：他山之石以攻玉
張夢(mèng)老師提出，團(tuán)隊(duì)的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，是促成此次研究成功的關(guān)鍵因素。研究團(tuán)隊(duì)的組建離不開(kāi)學(xué)校所提供政策優(yōu)勢(shì)：建立國(guó)家級(jí)“高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智基地”、開(kāi)展“青年拔尖人才支持計(jì)劃”與“卓越百人”人才引進(jìn)計(jì)劃……諸多項(xiàng)目的推進(jìn)，在北航與國(guó)內(nèi)外前沿團(tuán)隊(duì)之間，搭建了一座技術(shù)合作的橋梁。如果沒(méi)有這支跨越國(guó)際團(tuán)隊(duì)的組建，各自的研究技術(shù)無(wú)法互通，這項(xiàng)成果可能始終難以實(shí)現(xiàn)。
此外，張夢(mèng)老師認(rèn)為北航建立的綜合學(xué)科交叉優(yōu)勢(shì)平臺(tái)，在推進(jìn)科研時(shí)也發(fā)揮了重要作用。在本成果的研究中，為克服黑磷的不穩(wěn)定性，張夢(mèng)老師結(jié)合材料成分與流體力學(xué)等多門(mén)學(xué)科入手，才將打印出的光電器件的性能改進(jìn)至可以滿足激光器的穩(wěn)定輸出方式。
結(jié)語(yǔ)：
黑磷噴墨打印技術(shù)的改良，使得打印大規(guī)模光電器件和其他類(lèi)石墨烯材料成為可能，它也將廣泛應(yīng)用于超快光學(xué)領(lǐng)域，為光譜探測(cè)和傳感技術(shù)提供支持。未來(lái)，張夢(mèng)老師將繼續(xù)深入研究，以期此項(xiàng)技術(shù)能獲得更廣闊的應(yīng)用前景。我校也將繼續(xù)致力于聚焦國(guó)際學(xué)術(shù)前沿，孕育出更多的高水平交叉學(xué)科研究成果，為實(shí)現(xiàn)扎根中國(guó)大地的世界一流大學(xué)宏偉目標(biāo)匯聚不竭動(dòng)力。
策劃/文案：張金星、金睿
英文編輯：李明珠
設(shè)計(jì)：王宸彥
技術(shù)：曹嘉輝
鳴謝：電子信息工程學(xué)院、張夢(mèng)老師
編審：北航門(mén)戶網(wǎng)站總編總監(jiān)工作室
投稿：geoos@buaa.edu.cn
