編者按：
黑磷 （圖片來自百度百科）
二維黑磷自被發(fā)現(xiàn)起便備受關(guān)注，甚至被科學(xué)家視為硅的理想替代材料。近年來，黑磷逐漸在電學(xué)、光學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等多個領(lǐng)域都展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。
深圳市黑磷光電技術(shù)工程實驗室主任、深圳大學(xué)特聘教授張晗是國內(nèi)黑磷最早的研發(fā)者之一。2015年，他率先探索出了針對黑磷的液相制備新方法，并首次利用黑磷實現(xiàn)了光纖激光器的鎖模；2016年他首次探索到黑磷可在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域上發(fā)揮重要作用；今年3月，他與合作團(tuán)隊成功制備出基于黑磷的光聲成像造影劑，引起熱議。
從非線性光學(xué)到光電器件研究，從石墨烯到黑磷，從激光技術(shù)到納米生物光子學(xué)，敏銳的科研直覺讓他始終走在業(yè)界前沿；科研之外，作為導(dǎo)師他有著自己的獨到心得。中國激光特邀張晗教授與大家分享他的科研歷程與教研感悟。
張晗
超級材料——黑磷
黑磷是磷單質(zhì)在常壓下最穩(wěn)定的一種同素異形體，它的晶體結(jié)構(gòu)早在1935年就通過X射線衍射的方法確定。黑磷和石墨烯具有類似性質(zhì)，單層的黑磷不僅具有媲美石墨烯的導(dǎo)電能力，而且存在石墨烯沒有的能隙。
在半導(dǎo)體中，有能隙的存在，半導(dǎo)體吸收了足夠的能量才會呈現(xiàn)出另一種狀態(tài)，即在半導(dǎo)體元件中可以表示 0 和 1。顯示器、處理器中的硅基半導(dǎo)體正因為具備這一特點才能得到廣泛的應(yīng)用。能隙還對材料的光電特性有影響，包括光的吸收、發(fā)射和調(diào)制，半導(dǎo)體材料的光學(xué)性能主要依賴于能隙的大小。由于黑磷存在可通過調(diào)整在硅基板上堆疊的黑磷層數(shù)來控制的能隙，故被視為一種新的超級材料。
黑磷 （圖片來自百度百科）
黑磷可以和光直接耦合，并且它的能隙范圍意味著它可以吸收 0.6 到4.0 μm波長的光，即它可以檢測到整個可見光到近紅外區(qū)域的光譜，這個特性使得黑磷極有可能成為一種優(yōu)質(zhì)的光電器件材料。此外，黑磷有著獨特的各向異性結(jié)構(gòu)，在電學(xué)、光學(xué)、生物化學(xué)等多個領(lǐng)域都展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。
黑磷性質(zhì)優(yōu)異，制備出高品質(zhì)二維黑磷的第一步是得到黑磷單晶，但是黑磷難以制備、難以保存。近年來，該材料迎來了復(fù)興期，因此摸索出一套成本低、產(chǎn)量高、質(zhì)量好的黑磷大規(guī)模制備方法具有現(xiàn)實意義。我憑借在科學(xué)研究上的敏銳直覺，立馬抓住時機(jī)，在2016年組建了全球首個黑磷工程實驗室，并擔(dān)任深圳市黑磷光電技術(shù)工程實驗室主任，著手開展黑磷材料的研究。
三年研究，碩果累累
我在新加坡南洋理工大學(xué)讀博期間從事光纖激光器中非線性光學(xué)特性的研究，并于2009年首次在光纖激光器中實現(xiàn)了暗孤子的輸出，揭示了新的激光輸出狀態(tài)。但是國際上黑磷研究剛剛起步時，我便認(rèn)定新型二維材料的用途很廣，黑磷性能還有極大的探索空間，它將給人類帶來無限可能。
2012年，我選擇回國加盟范滇元院士的科研團(tuán)隊，并在深圳大學(xué)任教。我的科研團(tuán)隊組建后僅一、二年的時間，就取得了多項引發(fā)廣泛關(guān)注的成果：
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(shù)依賴?yán)匦院头蔷€性光學(xué)特性，在“薄層黑磷的大批量制備”上獲得突破，并利用所制備的黑磷實現(xiàn)了激光的鎖模；
開發(fā)出一種新型、簡易的熱蒸發(fā)法技術(shù)，用于制備鈦或碳納米管支撐的黑磷材料,實現(xiàn)從紅磷到黑磷的可控制備并研究其光催化活性（Angewandte Chemi）；
基于液相剝離方法制備得到黑磷納米片，揭示了黑磷納米材料寬波段可飽和吸收特性（Optics Express），該工作入選了高被引論文和熱點論文及2015 年“中國百篇最具影響國際學(xué)術(shù)論文”；
實驗證明多層黑磷納米片具備寬帶可飽和吸收響應(yīng)(從可見光到中紅外波段)
采用溶劑熱方法從黑磷體材料成功制備出橫向尺寸約為2 nm的黑磷量子點，將其作為可飽和吸收體用于鎖模激光器中，在通信波段產(chǎn)生超短脈沖（Advanced Optical Materials封面文章）；
利用黑磷的通信波段非線性光學(xué)響應(yīng)，將少層黑磷涂覆在微納光纖上，實驗了全光信號處理（全光閾值和全光調(diào)制）及波長轉(zhuǎn)換和非線性光開關(guān)技術(shù)，為基于黑磷光通信應(yīng)用開拓了新的思路（Advanced Optical Materials和ACS Photonics ）；
基于黑磷材料制備上的創(chuàng)新，研制出快速響應(yīng)、高靈敏度、抗氧化的黑磷光探測器（Advanced Functional Materials）。
黑磷的研究不過短短3年時間，在這個全新未知的領(lǐng)域就要敢于打破常規(guī)，不僅僅局限于材料領(lǐng)域。
國際首次——黑磷應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域
磷是生物體內(nèi)必需的元素，其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢也是無可比擬的。最近，我們探索到了黑磷的這一重要作用，相關(guān)成果發(fā)表在在國際著名刊物Advanced Materials、Nature Communications等，這是關(guān)于“黑磷應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域”在國際上的首次發(fā)聲。
我們發(fā)現(xiàn)黑磷在生物光子學(xué)上具備以下獨特優(yōu)勢：1）可包載化療藥物，包載量高達(dá)980%； 2）高效光動力，可以驅(qū)動藥物的釋放；3）高效光熱效應(yīng)，直接殺死腫瘤/癌細(xì)胞；4）具有光聲效應(yīng)，可用于腫瘤活體成像；5）可釋放單線態(tài)氧，導(dǎo)致腫瘤/癌細(xì)胞死亡或凋亡；6）可直接代謝為“磷”元素，沒有毒性且半衰期適中。
我們團(tuán)隊在該方向也有著不俗的成績：
在成功制備出的黑磷量子點的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種核殼納米球結(jié)構(gòu)，這既保證黑磷量子點在光熱反應(yīng)中的穩(wěn)定性，又能實現(xiàn)緩慢釋放和降解，推動了高效安全的腫瘤光熱治療（Nature Communication）；
小鼠注射攜帶藥物的納米球后不同時間點的體內(nèi)熒光圖像
通過檢測黑磷量子點的光學(xué)屬性和對不同細(xì)胞系生存率的影響，發(fā)現(xiàn)其展示了優(yōu)異的近紅外光學(xué)性能，在近紅外激光的照射下能夠顯著的殺死腫瘤細(xì)胞，并且在多種細(xì)胞系中均展現(xiàn)出良好的生物相容性（Angewandte Chemi）；
二維黑磷納米薄片較大的表面積比能夠為化療藥物分子的大量吸附奠定基礎(chǔ)，同時在808 nm激光照射下能夠產(chǎn)生局部高熱，用于腫瘤的光熱治療和驅(qū)動藥物釋放（Advanced Materials封面論文）；
與中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院喻學(xué)鋒、王懷雨研究員合作，成功制備出基于黑磷的光聲成像造影劑，用于實現(xiàn)高效安全的腫瘤光聲成像診斷（Small封面文章）。
黑磷量子點作為造影劑，獲得了小鼠體內(nèi)腫瘤的光聲圖像。
科研之外，教書育人
或許在外人看來，科研工作者不過是坐在實驗室里擺弄瓶瓶罐罐、搗鼓儀器、在電腦上計算些看不懂的數(shù)字符號。對我個人而言，將科研工作提升為一種興趣愛好，帶著快樂的心情去追尋真理，這個過程所帶來的滿足感和成就感，是一種人生樂趣。
從事科研工作多年，指導(dǎo)學(xué)生也有五六年了，對于如何引導(dǎo)學(xué)生開展科研、開展跨學(xué)科研究以及協(xié)調(diào)組內(nèi)與組外合作，我的獨到心得是：各抒其長，互幫互帶，敢于打破常規(guī)。
對研究生來說，正處于科研基礎(chǔ)的奠定時期，首先需要學(xué)好專業(yè)基礎(chǔ)知識、過好英語語言關(guān)，其次就要多進(jìn)實驗室觀摩師兄師姐們做實驗，早日進(jìn)入科研角色。好比學(xué)游泳，最好是跳下水再學(xué)，空談游泳理論，不下水永遠(yuǎn)學(xué)不會；
博士期間要通過論文寫作關(guān)，要想在寫作的時候下筆千言，還是得靠論文閱讀量的積累。對于該領(lǐng)域的國外經(jīng)典文獻(xiàn)至少讀20篇，其中10篇左右需要重復(fù)研讀和做比較分析，發(fā)表在國內(nèi)一流期刊的文獻(xiàn)最好悉數(shù)翻閱（一般也在20篇左右）。
閱讀文獻(xiàn)更需要連貫性，我讀博士的時候可以一個月連續(xù)閱讀不間斷，期間還需要分類整理，寫出詳細(xì)的閱讀筆記，并獨立書寫文獻(xiàn)述評。
博后階段科研素養(yǎng)已經(jīng)形成，會面臨平衡導(dǎo)師課題與自己興趣的難題。博后的研究既要有自己獨立的研究方向，也要與導(dǎo)師的專業(yè)特長結(jié)合起來，才能產(chǎn)生1+1＞2的效果；在課題研究過程中，要敢于打破條條框框的束縛，從宏觀角度進(jìn)行把握，對于不太擅長的細(xì)節(jié)可以由組內(nèi)的其他人補(bǔ)充，爭取取得原始性創(chuàng)新。
張晗教授在實驗室
開放合作，情牽深圳
如果時光回溯到一二百年前，我們會發(fā)現(xiàn)那時的很多科學(xué)家僅憑一己之力就能做出很多科研成果，我們學(xué)到的很多定理就是以他們的名字命名的。由于科學(xué)和技術(shù)的進(jìn)步，如今學(xué)科的劃分更加細(xì)致，一個人很難有精力涉及好幾個領(lǐng)域。如果想把自己的領(lǐng)域做深做透甚或有些突破，那么相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)或者跨學(xué)科的科研合作就顯得尤為重要。
我的課題組有一位出色的博士后，我將他安排在與他之前專業(yè)不同的小組里，一段時間后，通過這種不同學(xué)科間思想的碰撞，這個小組取得了很多高水平成績。所以，我在課題組成員的聘用與組合上不會拘泥于專業(yè)，但又看重專業(yè)的相通性；尊重個人科研的獨立性，但又從方向上進(jìn)行溝通磋商與宏觀把握。按照所做的課題，根據(jù)每個成員的知識結(jié)構(gòu)，靈活采取小組合作制。
這幾年，我們與劍橋大學(xué)、哈佛醫(yī)學(xué)院、瑞典卡琳羅斯卡醫(yī)學(xué)院、新加坡國立大學(xué)、新加坡南洋理工大學(xué)等高校密切聯(lián)系，在學(xué)術(shù)交流、人才培養(yǎng)上取得合作。通過這些交流，學(xué)生們屢次獲得前往國際知名高校的學(xué)習(xí)交流機(jī)會，并將先進(jìn)的科學(xué)理念和成果帶回國內(nèi)。
我們團(tuán)隊來到深圳大學(xué)以后，一直非?？释軌蚺囵B(yǎng)一批優(yōu)秀的學(xué)生，為這座城市的未來發(fā)展貢獻(xiàn)綿薄之力。因為一個城市的魅力，不僅在于能夠吸引人才進(jìn)來，還在于它可以輸出怎樣的人才，為這座城市服務(wù)。
張晗簡介：
深圳大學(xué)光電工程學(xué)院特聘教授、博士生導(dǎo)師，首屆國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者、中組部青年千人計劃獲得者、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才獲得者、深圳市黑磷光電技術(shù)工程實驗室主任、深圳市孔雀創(chuàng)新團(tuán)隊負(fù)責(zé)人、深圳市政協(xié)委員等。從事非線性光學(xué)與超快激光研究10余年，累計發(fā)表SCI 文章170余篇，SCI總引用次數(shù)超過7300，H因子為42，兩篇論文入選中國百篇最具影響力國際學(xué)術(shù)論文。擔(dān)任Photonics Research副主編及Scientific Reports期刊編委。主持基金委國家重點項目、深圳市孔雀創(chuàng)新團(tuán)隊等項目13項。
張晗課題組簡介：
課題組是從國內(nèi)外各個大學(xué)引進(jìn)到深圳市、深圳大學(xué)，重新組建的國際化科研團(tuán)隊。目前，課題組由具有物理、材料、光學(xué)甚至醫(yī)學(xué)等多學(xué)科背景的博士后、博士與研究生組成。近兩年來，在深圳大學(xué)范滇元院士領(lǐng)導(dǎo)下，在教育部二維材料光電技術(shù)國際聯(lián)合實驗室大力支持下，該課題組在Nature Communications (1篇)、Advanced Materials (2篇)、 Angewandte Chemie (3篇)、Advanced Functional Materials (3篇)、ACS Photonics(3篇)等光電子期刊上共發(fā)表30多篇高水平論文，其中十多篇封面論文；兩篇論文分別被評為2014年和2015 年“中國百篇最具影響國際學(xué)術(shù)論文” ；兩篇論文入選2015 年物理領(lǐng)域中國作者發(fā)表的高被引研究論文 Top 10。
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