器件材料

器件材料

可逆單分子光電子開關器件

北京大學化學與分子工程學院郭雪峰課題組聯合美國賓夕法尼亞大學Abraham Nitzan教授課題組、北京大學信息科學技術學院徐洪起教授課題組及其他合作者，利用二芳烯分子為功能中心、石墨烯為電極成功實現了可逆單分子光電子開關器件的構建，該研究成果于發表于《科學》雜志。利用單個分子構建電子器件有希望突破目前半導體器件微小化發展中的瓶頸，其中實現可控的單分子電子開關功能是驗證分子能否作為核心組件應用到電子器件中的關鍵步驟。石墨烯電極和二芳烯分子穩定的碳骨架以及牢固的分子/電極間共價鍵鏈接方式使這些單分子開關器件具有空前的開關精度、穩定性和可重現性，在未來高度集成的信息處理器、分子計算機和精準分子診斷技術等方面具有巨大的應用前景。

二芳烯-石墨烯單分子光電子開關器件

雙向可逆光開關

新型二維半導體材料

南京理工大學曾海波團隊將無機鈣鈦礦發展成具有可印刷光電器件功能的新型二維半導體，相關成果發表于《先進材料》。相比石墨與二硫化鉬，全無機組分鈣鈦礦具有更高的吸光能力、非常大的載流子擴散長度以及高的穩定性等優異性能。因此，二維無機鈣鈦礦是柔性及可穿戴光電器件的極佳候選材料。然而，超薄（單層、少層）CsPbBr3二維鈣鈦礦的大產率、高質量實現仍然非常困難。研究人員采用溶液化學合成方法，制備了高質量、大產率、單層及少層厚度的全無機鈣鈦礦CsPbBr3超薄納米片。作為一類新型的二維半導體材料，這種全無機鈣鈦礦納米片除了有望應用于高性能柔性光探測領域，在低成本溶液工藝的超薄柔性薄膜晶體管、發光二極管、太陽能電池等光電子領域中具有應用前景。

微流控技術可控制備多腔復合纖維生物材料

中科院大連化物所秦建華研究員帶領團隊利用微流控技術可控制備多腔復合纖維生物材料，最新研究成果發表于《先進材料》。該研究工作利用流體在微米尺寸下的層流特性，通過自主開發的微流控芯片平臺，在聚二甲基硅氧烷芯片內產生多層同軸鞘流，制備了一系列形態、結構及組成各異的微米級管狀海藻酸鈣纖維材料，并探索了其潛在生物應用。這種新型管狀纖維材料可作為多功能載體，纖維內管腔和材料內部均可負載不同功能分子或細胞，不僅可用于生物催化，還可用于細胞共培養，干細胞分化誘導，肌肉、血管、神經組織等體外構建，在材料化學、組織工程以及再生醫學等領域具有重要應用前景。

新型防冰表面材料

中科院化學研究所綠色印刷院重點實驗室王健君課題組與北京大學科研人員合作，利用聚電解質刷表面具有可置換的抗衡離子的特性，研究了材料表面的離子對過冷水成核變冰的影響，研究結果發表于《科學進展》。研究發現了離子特異性對過冷水成核變冰的作用，即過冷水成核變冰的Hofmeister效應。通過改變聚電解質刷表面抗衡離子的種類和濃度，過冷水成核變冰的溫度窗口可達7.8攝氏度。分子動力學模擬分析發現，聚電解質表面的抗衡離子通過控制界面水的動力學行為和靜態結構，實現對過冷水成核變冰的調控。該發現對離子參與的過冷水成核變冰行為提供了理論指導，并拓展了低冰黏附防冰表面材料的研究。

百毫秒級高效量子存儲器研制成功

中國科學技術大學潘建偉和包小輝教授等采用冷原子系綜成功研制出百毫秒級高效量子存儲器，為遠距離量子中繼系統的構建奠定了堅實基礎，研究成果發表于《自然-光子學》。量子中繼可以解決光子信號在光纖內指數衰減的難題，是實現超遠距離量子通信的重要途徑之一。量子中繼的基本原理是采用分段糾纏分發與糾纏交換相結合來拓展通信距離，其核心是量子存儲技術。為進一步提升存儲時間，研究團隊發展了三維光晶格限制原子運動等多項關鍵實驗技術，使得原子運動導致的退相干得到大幅抑制，并最終成功實現了存儲壽命達到0.22秒、讀出效率達到76%的高性能量子存儲器。據估算，該成果結合多模存儲、高效通訊波段接口等技術，已原理上可支持通過量子中繼實現500公里以上糾纏分發。

實驗設計與原子水平

有效期檢測

高性能銀納米線離子液體凝膠復合柔性透明電極

中科院理化技術研究所仿生智能界面科學實驗室通過對銀納米線的選擇性化學焊接以及引入穩定的導電離子液體凝膠保護層，設計制備了一種兼具高電導、高透過率以及優異空氣穩定性的銀納米線@離子液體凝膠復合柔性透明電極，相關結果發表于《先進材料》。柔性透明電極多用于電子與光電子產業，是制備眾多電子與光電子元器件不可缺少的光電功能材料。超親水的銀納米線網絡與疏水的透明基底之間的浸潤性差異，使得化學焊接選擇性地在銀納米線上進行，從而能夠在極大降低銀納米線接觸電阻的同時，保持高的可見光透過率。離子液體凝膠薄層的引入賦予了復合透明電極出色的空氣穩定性，并且離子液體凝膠薄層具有減反射的作用，有利于獲得高可見光透過率。

激光陶瓷平面波導結構研究

中科院上海硅酸鹽研究所研究員李江團隊研制的YAG/Nd:YAG/YAG陶瓷平面波導，作為激光放大器的增益介質，經驗證獲得了100 Hz重復頻率下327 mJ單脈沖能量的激光輸出，研究結果發表于《中國光學快報》。陶瓷平面波導結構是激光陶瓷板條的自然進化，是一種高縱橫比的三明治結構，由高折射率的波導層和周圍低折射率包層組成，具有對泵浦吸收效率高、縱橫比大、比表面積大等特點。平面波導結構激光陶瓷不僅可及時傳導激光發射中產生的廢熱，避免熱透鏡效應，還能增加增益介質中的光密度，從而實現低閾值、高功率的激光輸出。流延成型技術是一種精度高、膜厚度和組分可控性強的陶瓷成型工藝。

多光源紫外反應試驗系統

中國科學院生態環境研究中心強志民研究組采用流動式反應器的原理開發出先進的多光源紫外反應試驗系統，研究結果發表于《環境科學技術》、《應用催化B》等國際刊物上。紫外消毒和基于紫外的高級氧化作為水處理工程領域的一項綠色技術。新型多光源紫外反應試驗系統具有紫外輸出穩定、輻射劑量準確、強度輸出范圍廣、操作簡便、可進行樣品在線分析等顯著優點，為開展光化學和光生物反應研究提供了先進的試驗平臺。特別是，該系統的高強度和超大劑量紫外輸出對于探索紫外消毒的一些前沿問題（如光化學第二定律應用于污水、再生水、飲用水紫外消毒中的偏差測定）具有重要的意義。