納米間的科學(xué) 材料中的革命

近年，納米技術(shù)正成為各國(guó)科技界所關(guān)注的焦點(diǎn)，正如錢(qián)學(xué)森院士所預(yù)言的：“納米左右和納米以下的結(jié)構(gòu)將是下一階段科技發(fā)展的特點(diǎn)，會(huì)是一次技術(shù)革命，從而將是21世紀(jì)的又一次產(chǎn)業(yè)革命?！奔{米技術(shù)作為一種最具有市場(chǎng)應(yīng)用潛力的新興科學(xué)技術(shù)，其潛在的重要性毋庸置疑。

也正是認(rèn)識(shí)到了這一形勢(shì)，懷抱著在科研道路上開(kāi)拓一片天地的夢(mèng)想，海外工作十多年的郭新立教授于2009年回到國(guó)內(nèi)東南大學(xué)材料學(xué)院，建立自己的研究隊(duì)伍，進(jìn)行前沿性科學(xué)研發(fā)。在多年的研究中，郭新立在納米科學(xué)研究中獲得了多項(xiàng)突破。

簡(jiǎn)單有效：利用掃描隧道顯微鏡從納米有機(jī)分子中激發(fā)出光子

超小光源和單分子光源對(duì)于開(kāi)發(fā)高分辨的光學(xué)顯微鏡以及量子信息處理等具有重要的作用，但由于分子的金屬支撐襯底表面對(duì)分子發(fā)光的強(qiáng)吸收作用，使得觀察到分子或單個(gè)分子發(fā)光的幾率極其微小。對(duì)此郭新立與同事合作設(shè)計(jì)了一種通過(guò)控制分子層厚度實(shí)現(xiàn)去耦合的簡(jiǎn)單有效方法，在國(guó)際上首次利用掃描隧道顯微鏡從納米有機(jī)分子中激發(fā)出光子。不僅為單分子光源及器件的制備提供了新的方法和可能性，而且對(duì)分子在納米尺度環(huán)境中的光電行為提供了新的理解，同時(shí)也為分子電子學(xué)的研究提供了新的思維方式。由此方法開(kāi)展的系列研究成果發(fā)表在國(guó)際著名雜志PhysicalReview Letter等上，引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注和贊譽(yù)，成為本研究領(lǐng)域的先驅(qū)，被廣泛引用，連續(xù)兩年（2004年，2005年）被作為前沿焦點(diǎn)研究，收錄在由美國(guó)物理研究所和美國(guó)物理學(xué)會(huì)聯(lián)合主辦的Virtual JournaI of NanoscaleScienceTechnology上。該成果在單分子光源及器件的制備等方面有著潛在的應(yīng)用。

推陳出新：發(fā)現(xiàn)自發(fā)形成的碳納米管

碳納米管由于具有超高強(qiáng)度、獨(dú)特的電性能、大的表面積等優(yōu)異性能而使得其在納米技術(shù)、電子學(xué)、光學(xué)和材料科學(xué)的其它領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。目前已開(kāi)發(fā)了很多種技術(shù)如化學(xué)氣相沉積、激光淀積等來(lái)制備碳納米管，也有研究者試圖在煤碳中找到自然存在的碳納米管。郭新立借助掃描電鏡、原子力顯微鏡和掃描隧道顯微鏡在新解理的石墨襯底上首次成功地發(fā)現(xiàn)了自發(fā)形成的碳納米管。這一成果于2007年報(bào)被報(bào)道在Jpn.J.Appl.Phys上，即刻引起同行的興趣，并對(duì)其形成機(jī)理展開(kāi)了進(jìn)一步深入研究。這一成果不僅可能為碳納米管結(jié)構(gòu)的獲得提供了新的途徑，而且有可能為其形成機(jī)理提供新的理解。

出奇制勝：制備P—ZnO及其同質(zhì)透明發(fā)光二極管

ZnO屬直接寬帶半導(dǎo)體，帶寬3.37eV，接近GaN的帶寬，自然狀態(tài)下以n型存在，但其價(jià)格遠(yuǎn)低于GaN。P型ZnO的制備有望使之取代GaN，成為藍(lán)光和遠(yuǎn)紅外二極管、激光的更理想材料。郭新立巧妙地設(shè)計(jì)了一種通過(guò)電子回旋共振源輔助的脈沖激光反應(yīng)沉積法，首次成功地制備了P-ZnO及其同質(zhì)透明發(fā)光二極管。以第一作者的身份分別在J.Cryst，Growth 223（2001）135和Jpn.J.Appl.Phys、（Express Lett.）40（2001）L177-L180的首頁(yè)發(fā)表，該工作成果被Advanced Materials、Phys.Rev.Lett.、Nature Materials、Phys.Rev.B.、Appl.Phys.Lett和Progress in MaterialsScience等國(guó)際著名雜志廣泛引用，日本的著名報(bào)紙“日刊工業(yè)新聞”在顯著位置對(duì)這一世界首個(gè)ZnO同質(zhì)二極管做了報(bào)道；ZnO發(fā)光二極管方面的研究目前仍是眾多研究者追逐的目標(biāo)，若能在穩(wěn)定性等方面進(jìn)一步獲得質(zhì)的突破，將對(duì)發(fā)光二極管等行業(yè)產(chǎn)生革命性的影響。

再接再厲：定睛微納功能材料

微納功能材料是目前材料科學(xué)的研究熱點(diǎn)之一，最有代表性的是近年出現(xiàn)的石墨烯，它是由碳原子通過(guò)sp2雜化構(gòu)成的單原子層蜂窩狀二維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，厚度只有一個(gè)原子直徑（0.335nm），由于石墨烯網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中相鄰碳原子結(jié)合力很強(qiáng)，因此具有很好的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明石墨烯是目前世界上已知強(qiáng)度和硬度最高的材料，具有優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性能，或?qū)⒊蔀榭蓪?shí)現(xiàn)高速晶體管、高靈敏度傳感器、激光器、觸摸面板、蓄電池及高效太陽(yáng)能電池等多種新一代器件的核心材料。近期在國(guó)家自然科學(xué)基金（21173041，11134004）、973計(jì)劃（2012CB119401）、江蘇省雙創(chuàng)人才基金、東南大學(xué)人才引進(jìn)基金（4012001020，4012001013）、蘇州科技局納米專(zhuān)項(xiàng)基金（ZXG2012029）等的支持下，郭新立開(kāi)展了“高質(zhì)量大尺寸石墨烯的制備及其在光電領(lǐng)域的應(yīng)用”、“貴金屬納米粒子可控光學(xué)特性”和“高性能鐵電薄膜及器件”的研究工作。

傾注全力：科學(xué)研究與人才培養(yǎng)并重

歸國(guó)后，在教學(xué)工作、學(xué)科建設(shè)方面郭新立也下了很多功夫。新開(kāi)設(shè)了“納米材料科學(xué)與技術(shù)”的研究生和本科生共選課程，結(jié)合自己在國(guó)外的科研成果，將國(guó)外最前沿的納米科技成果講述給學(xué)生，并輔以參觀實(shí)驗(yàn)，深受學(xué)生的歡迎。2011年被評(píng)為東南大學(xué)最受歡迎的研究生授課教師之一；參加了東南大學(xué)一張家港工業(yè)研究院的建設(shè)工作，而郭新立說(shuō)自己將繼續(xù)努力，以擴(kuò)大東南大學(xué)在微納功能材料領(lǐng)域研究的知名度。

談到人才培養(yǎng)時(shí)郭新立說(shuō)，在國(guó)外是一個(gè)潛心專(zhuān)注科研工作的研究員，回國(guó)后就擔(dān)負(fù)起了科研和培養(yǎng)人才的責(zé)任。與眾多的教授一樣，花在科研第一線的時(shí)間相比在國(guó)外時(shí)要少，但無(wú)論多忙，他都堅(jiān)持定期到實(shí)驗(yàn)室和與學(xué)生探討，并時(shí)常召開(kāi)組會(huì)，以促進(jìn)學(xué)生掌握學(xué)科前沿動(dòng)態(tài)，及時(shí)幫助他們解決遇到的問(wèn)題。同時(shí)他也鼓勵(lì)學(xué)生積極參加學(xué)術(shù)交流“與高手過(guò)招”，開(kāi)闊視野，提高綜合素質(zhì)。

吃苦、專(zhuān)注、堅(jiān)韌是從事科研的必備素質(zhì)，也是郭新立多年科研工作的深刻經(jīng)歷，當(dāng)年在做發(fā)光二極管和掃描隧道顯微鏡誘導(dǎo)單分子發(fā)光實(shí)驗(yàn)時(shí)室經(jīng)常食不甘昧，寢無(wú)定時(shí)?！耙苣偷米〖拍褪?，一分付出一分收獲，好的科研成果始終與研究者的付出成正比！”他這樣告訴記者。這也讓我們確信何以郭新立可以在納米材料的研究中卓有成效，而未來(lái)，相信他也會(huì)收獲更多的突破和成績(jī)?cè)谇胺讲贿h(yuǎn)處！