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    新型墨水的誕生——類石墨烯材料噴墨打印技術的突破

    2018-01-17

    導語:

    如何提升黑磷材料的穩定性、拓展其應用規模,一直是科研界所難以克服的問題。2017年6月16日,由北京航空航天大學電子信息工程學院的張夢老師參與完成的研究成果,通過設計制備高性能穩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,該項成果的相關論文現已被Nature Communications所收錄。

     

    背景:材料應用新紀元

    2004年,英國曼徹斯特大學科學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫制成了世界上最薄、強度最高的材料石墨烯。2010年,兩位科學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獎,石墨烯被進一步推向了科學界研究的熱點領域。

    隨著研究的深入,越來越多的新型納米材料被發掘出具有與石墨烯相似的卓越性質,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表現出了非凡的性能,但由于其加工工藝復雜且在外界環境中難以保持穩定,嚴重阻礙了這種獨特材料的推廣應用。

     

    突破:交叉合作的碰撞

    為攻克黑磷應用中所遇到的難題,一支由北京航空航天大學、劍橋大學、帝國理工學院和浙江大學研究人員所組成的跨學科科研團隊應運而生。該項研究以北京航空航天大學和劍橋大學為主導,由帝國理工學院及浙江大學進行輔助,其中劍橋石墨烯中心在墨水制備方面發揮突出作用,浙江大學利用光電探測器評估新材料的性能。張夢老師擔任了團隊的共同通訊作者,并主要負責研究中激光器的設計。

    在黑磷噴墨打印技術的研究中,張夢老師及其課題組通過精確控制墨水化學成分并平衡其相互競爭的流體效應得到穩定的黑磷墨水,該墨水能高質量、高均勻性、高速地大規模打印新型功能性光電器件。采用該方法打印的黑磷應用到激光器中用作超快光開關,將激光器的連續光輸出轉變為超短脈沖序列,有利于該項技術在工業和醫療方面的推廣應用。張夢老師表示:“相比于其它研究,我們使用打印黑磷設計的非線性光學器件顯著提升了運轉性能和穩定性?!?/p>

    張夢老師實驗室團隊合影

     

    心得:他山之石以攻玉

    張夢老師提出,團隊的強強聯合,是促成此次研究成功的關鍵因素。研究團隊的組建離不開學校所提供政策優勢:建立國家級“高等學校學科創新引智基地”、開展“青年拔尖人才支持計劃”與“卓越百人”人才引進計劃……諸多項目的推進,在北航與國內外前沿團隊之間,搭建了一座技術合作的橋梁。如果沒有這支跨越國際團隊的組建,各自的研究技術無法互通,這項成果可能始終難以實現。

    此外,張夢老師認為北航建立的綜合學科交叉優勢平臺,在推進科研時也發揮了重要作用。在本成果的研究中,為克服黑磷的不穩定性,張夢老師結合材料成分與流體力學等多門學科入手,才將打印出的光電器件的性能改進至可以滿足激光器的穩定輸出方式。

     

    結語:

    黑磷噴墨打印技術的改良,使得打印大規模光電器件和其他類石墨烯材料成為可能,它也將廣泛應用于超快光學領域,為光譜探測和傳感技術提供支持。未來,張夢老師將繼續深入研究,以期此項技術能獲得更廣闊的應用前景。我校也將繼續致力于聚焦國際學術前沿,孕育出更多的高水平交叉學科研究成果,為實現扎根中國大地的世界一流大學宏偉目標匯聚不竭動力。

     

    策劃/文案:張金星、金睿

    英文編輯:李明珠

    設計:王宸彥

    技術:曹嘉輝

    鳴謝:電子信息工程學院、張夢老師

    編審:北航門戶網站總編總監工作室

    投稿:geoos@buaa.edu.cn



    審核:審核人參數配置未打開 編輯:曹嘉輝

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