问题：分子与塑料电子学与光子学
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时间：2005-01-10 21:26:28 编辑加入/取消收藏订制/取消短消息举报该贴

分子与塑料电子学与光子学

分子与塑料电子学与光子学是多学科交叉前沿领域。其研究目标是利用有机分子/高分子等相关材料，研究与开发具有极快响应速度、极大信息容量和极高转换效率的新型材料与器件，在信息科学与技术领域推动新的发展。

香山科学会议于2004年5月19～22日召开了主题为“分子和塑料电子学与光子学”的第226次学术讨论会。朱道本院士、王佛松院士、曹镛院士、孙鑫教授和美国乔治亚理工学院Brédas教授担任本次会议执行主席。香山科学会议理事长科技部副部长程津培院士和香山科学会议副理事长中科院副院长白春礼院士分别参加了会议开幕式和会议宴会。

这次会议是香山科学会议国际学术讨论会，美国、德国、瑞典、意大利、比利时等五个国家的13位外籍专家应邀参加了会议。这些专家都是当前国际上在有机分子电子学领域有影响的知名教授，如来自美国加州大学圣巴巴拉分校的Alan Heeger教授，是2000年诺贝尔化学奖获得者，在导电聚合物的发明及其应用方面做出了卓越的贡献。我国高等院校，科研院所37位专家学者出席了会议。

会议中心议题包括有机分子与聚合物，新功能分子与聚合物合成，分子晶体、单分子与纳米电子器件，塑料电子、光子和有机光电子学等有机固体研究领域的前沿和热点问题。

一、共轭高分子在生命体系的应用――传感材料与器件

具有共轭链结构的导电聚合物，在21世纪，将作为生物传感器件得以广阔的应用，如DNA的序列测定，由于其高灵敏性，高选择性等独特性质，是其它材料无可比拟的。

美国加州大学圣巴巴拉分校Alan Heeger教授以 “Conjugtaed polymers as Light Harvesting Materials for biosensors: Förster resonance energy transfer and the FRET-Gate”为题作了主题评述报告，并报道了Heeger教授自己的研究小组在用水溶性高分子与多肽核酸检测DNA序列的工作，其选择性达到皮摩尔。其基本原理用PNA-DNA/RNA杂化控制连接在PNA上的光发射基团与水溶性高分子间的距离，并用超快光谱检测能量转移过程。

德国马-普高分子研究所Muellen博士从合成化学的角度介绍了有机功能纳米粒子在光电器件与RNA转染等领域的研究：在树枝状聚苯的核心或者表面可以接入功能基团，由于定位是完美的，可以将有生物活性的赖氨酸修饰树枝状聚苯并与RNA配位，可以达到与瘤细胞中的同源的mRNA转染。化学所江雷研究员从模拟自然的微米/纳米结构出发，通过表面化学修饰与几何结构的超精细构造，实现了从超疏水到超亲水的各种调控。美国西北大学Wasielewski教授报告了光合作用过程的反应中心与电子转移过程，并结合分子器件中的电子输运微观过程，分析了分子导线的长度、DNA中电子传输特性等。

二、分子与纳米电子学器件

分子与纳米电子器件是目前国际科技界竞争最为激烈的几个领域之一。由于传统的半导体技术将接近其物理极限，而分子器件原则上可以高密度集成，在单位面积的芯片上集成密度可以提高1万倍。近年来，国际上对分子导线、分子开关、分子整流、分子存储以及单分子器件进行了广泛的研究。

美国宾州州立大学的Weiss教授对于分子开关的负微分电阻机理做了详细地分析，指出开关效应与分子在偏压下在金属表面上的取向有关。目前，国际上对于分子器件的负微分电阻现象一直存在激烈的争论，Weiss教授的结果将一系列机理，如苯环扭曲、取代基翻转、分子剥离等可能起因一一排除。化学所张德清研究员的报告，介绍了利用光致变色分子罗碧蓝制作新型分子开关和分子逻辑门，即通过不同频率的光，分子发生光化学反应，从而调控结构，实现逻辑运算。物理所高鸿钧研究员报告了通过SPM技术实现单分子的电导相控制来达到稳定、可写并可擦除的分子存储器件。其存储密度可以高达1013比特/厘米2，是现有DVD存储量的几百倍。化学所刘云圻教授在会上报告了最新的研究成果，即用阵列碳纳米管制备了有机场效应管，并且还实现了用单根碳纳米管与含氮碳纳米管的p-n结，观察到了整流特性，然后，还制成了含p-n结的场效应管。

有机信息材料与无机半导体不同，可以实现在低温忖底下（<120oC）镀膜，并且能够采取旋涂、喷墨打印等简单工艺处理可塑电子元件。美国斯坦福大学鲍哲南教授报告了从分子合成、功能化到电子器件，特别是有机场效应管的进展。她在提高有机薄膜的迁移率和开关比等方面做出了出色的成绩。长春应用化学研究所阎东航研究员介绍了设计新型有机场效应管器件结构的工作，如通过在高介电性栅绝缘层上引入低介电性绝缘层的器件结构，实现在关态漏电流降低、同时增强电极与有机半导体层的电荷注入和导出。美国明尼苏达大学Frisbie教授报告了有机场效应管的系统研究，他称之为四部曲：（1）合成新有机材料；（2）制备和测试器件；（3）用近场扫描技术检测电荷输运瓶颈；（4）实验与理论研究电子态，从微观的角度大力加深了对有机薄膜场效应管的研究。

三、有机发光显示材料与器件

有机与高分子电致发光材料与器件是目前该领域最为广泛研究的方向。不仅仅局限于学术界，几乎所有国际知名的电子及化学公司都投入了巨大的人力与物力。我们国家先后启动了多个基金委重大项目、973项目和863计划项目。

吉林大学王悦教授报告了新型、高发光效率有机分子材料与器件，特别是酚基吡啶蓝光配合物和白光材料，在固体状态下能保持非常高的发光效率。会议执行主席Brédas教授报告了有机器件中电荷输运与复合的理论计算，包括与化学所帅志刚研究员的合作研究。即从Marcus电荷转移理论计算了小分子与高分子电致发光过程中，从分子间极化子对形成紧束缚态激子的形成率，得出非常有益的结果。即在高分子中，单线态的形成率可以超过三线态，从而高分子发光的内量子效率可以超过25%的自旋统计极限，而小分子则受此极限限制。清华大学邱勇教授委托专家报告了关于柔性显示屏的研究进展。该课题组在基础研究的同时，还在上地创业园区建立了中试基地，为有机发光显示器件在中国产业化打下了基础。

四、塑料光子学

有机与塑料材料不仅仅在电子学器件领域有重要应用前景，还在光电子学方面有极大的优势。有机共轭体系对光的响应速度快，响应系数大。近年来，在微加工、电光调制器、光存储、光子晶体、三维光内存、光限幅、光动力学治疗、免疫化验、医学成像等领域，有机光子材料得到了广泛的应用。

美国乔治亚理工学院的Marder教授报告了用有机双光子吸收共聚焦进行三维亚微米光刻的技术，能精确控制刻蚀从聚合物到金属的各种材料，刻蚀可用于从<100nm到mm的各种尺度及任意形状。美国华盛顿大学的Dalton教授报告了有机非线性材料在电光调制器中的应用。目前，已经能够制备出200GHz, 3dB带宽，运行到1.6太赫兹的有机电光调制器。他还展望了今后在提高有机分子电光活性、增大宏观非线性响应、柔性器件结构等方向的研究。由于该领域所取得的迅猛发展，国际上已经形成两门新兴学科：biophotonics和nanophotonics.

五、分子与塑料磁性材料

磁性材料在信息存储中发挥中心作用。传统的磁性材料都是基于金属。利用可塑的分子与高分子制成磁性材料，可以实现存储的微型化、柔性化以及在有机电子器件中实现全有机化，简化工艺。由于有机材料中没有重原子，有利于保持自旋载体在输运过程中的自旋相干性，在自旋电子学与柔性自旋电子学器件中将发挥巨大作用。

武汉大学秦金贵教授的报告介绍了一种新的制备导电分子磁体的方案，即夹层法。通过将导电分子晶体或者导电聚合物插入到层状的MPS3材料中，既实现了导电率的剧增，同时也观察到了自发磁化。美国俄亥俄州立大学的Epstein教授系统地综述了有机磁性的国际研究进展，并报告了他们在Vanadium-tetracyanoethylene方面的研究工作，这是第一个有机室温铁磁半导体，居里温度高达400K。

六、分子与塑料电子学基础

本次讨论会除了报告该领域材料与器件的工作外，还针对相关的基本问题作了专题报告。

瑞典林学平大学Salaneck教授多年来一直从事有机固体与材料的光电子能谱研究。精确测量分子与金属电极的界面与分子/高分子材料表面电子结构，对于优化器件结构起到关键作用。他指出分子与金属表面在界面上杂化与电荷转移对于载流子注入起到关键作用。通过修饰金属表面，可以极大改变金属功函数，甚至可以将空穴注入电极变成电子注入，大力提高塑料电子器件的稳定性。意大利米兰理工学院的Lanzani教授一直致力于发展超快光谱技术，并用于探测分子与塑料电子材料与器件中的光激发与载流子产生/湮灭和微观输运过程，对于深刻理解本领域的一些基本的光电过程，提供了有力的依据。化学所帅志刚研究员报告了在有机纳米材料、有机发光材料、有机光子材料、基本方法研究等领域的理论研究结果，探讨了材料的理论设计模型和性能预测，并为相关实验提供理论计算依据。

七、结论与建议

我国与会专家围绕着分子与塑料电子学与光子学的主题，特别是针对如何在中国继续开展并加大研究力度等进行了深入讨论并发表了许多见解：

1、分子与塑料电子学与光子学是21世纪科学研究的前沿，其发展将会对人类进步和社会发展产生重大作用。

2、我国在这方面的研究已有很好基础，已经做出了不少在国际上有影响的工作，正处于较快发展的状态。希望国家加大这方面的投入，我国有可能做出一系列有创新性的工作，缩小与国际上的差距，在国际上占有一席之地。

3、希望将这个研究领域纳入国家“十一·五”科技发展计划，使我国此领域的研究和发展具有长远规划、目标、保证，需要进一步重视基础和应用基础研究，及时加强有望得到应用的高新技术的转化工作。

4、今后五年至十年在此领域的研究和发展上应关注：设计、合成功能有机和高分子材料组装技术；研究相关的物理、化学过程和基本的物理化学特性机理和理论研究；纳米尺度的材料和性能；利用新现象、新概念、新观点，研究在微电子和光电子的应用，积极探索分子尺度器件。

5、为使该领域较快发展，需要各方面科学家共同参与和协作。国家应鼓励加强学科交叉研究，建立相应的研究平台，鼓励国际交流和合作。

与会专家还提出了如下具体建议：

1、加大力度开展共轭导电聚合物在生物与化学传感器件方面的研究。我们国家在这个领域的研究起步较晚，应该迎头赶上国际水平。

2、深入研究分子电子器件，在分子与塑料场效应管方面，加大对于材料功能化与器件结构、优化、工艺优化等方面的研究，并深入探讨提高性能的途径。

3、发展与利用纳米技术，自组装或配位络合等技术将有机分子材料的光、电、磁性质复合，发展多功能化的新材料，如具有导电性的磁性和光电性的材料。

4、深入研究有机发光的材料与器件，大力提高效率与稳定性，以便为大规模产业化提供具有自主知识产权的材料与器件技术。

5. 加大力度开展有机光子材料及其应用，在光刻、生物医学成像与治疗等领域开展应用研究

回复人：admin,★ (论坛管理员-欢迎大家访问化学化工论坛) 时间：2005-01-11 22:31:32 编辑	1楼
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