中科院院士、華南理工大學曹鏞教授：像印報紙一樣印出有機發(fā)光顯示屏

文/葉青

中科院院士、華南理工大學曹鏞教授：像印報紙一樣印出有機發(fā)光顯示屏

文/葉青

曹鏞院士

手機、電子書，可以像紙一樣折疊、卷曲起來放在口袋里；電視機顯示屏及太陽電池板是柔性的，可以像印報紙一樣印出來。這并非是科幻電影里的橋段，中國科學院院士、華南理工大學教授曹鏞帶領團隊長期致力于有機高分子平板顯示器、白光照明及高分子太陽電池相關材料與全印刷器件制備研究，正在努力將此理想一步一步變?yōu)楝F(xiàn)實。曹鏞院士也是2015年度廣東省科學技術獎兩位突出貢獻獎獲得者之一。

接受邀請扎根廣州

“來到華南理工大學，實屬偶然。1997年我受邀到長春和廣州兩地進行學術交流，我這是第一次來廣州，記得當時是圣誕節(jié)期間，天氣特別好，不像現(xiàn)在這么冷?！辈茜O院士回憶道，華南理工大學（以下簡稱華工）校長劉煥彬及材料學院院長賈德民向他發(fā)出邀請，請其前來主持創(chuàng)立一個光電高分子材料及器件方面的實驗室，填補廣東在此領域的空白。但他并沒有立刻答應，笑說建實驗室需要很多錢的。沒想到當時賈德民爽快地回答，您就開個單子來吧。

回到美國后，曹鏞院士開了一個組建實驗室必備的各種儀器清單，大概是70萬美元。1997年12月發(fā)給華南理工大學，但一直沒有后續(xù)消息，他也沒把此事放在心上。事隔近一年，1998年11月，劉煥彬突然來函，說建設經(jīng)費已到賬，學校批下600萬元啟動費及相應的實驗室已經(jīng)騰空，請他來看看。

“我被華南理工大學的誠意所感動，也不好意思只是來看看而已?！?999年曹鏞院士只身一人飛回來廣州，自此扎根在這片生機勃勃的嶺南大地上。

曹鏞院士是國內最早從事有機/高分子光電功能材料與器件研究的科學家之一。自1975年在中科院北京化學所開始從事相關研究，80年代初與高分子化學家、中國科學院長春應用化學研究所王佛松合作，成功地利用稀土催化劑合成聚乙炔；與浙江大學沈之荃小組幾乎同時在國際上首次報道了該技術，得到了有新的結構和形貌特色的聚乙炔品種，這是導電聚合物研究領域在我國發(fā)端的標志。

他與諾貝爾化學獎獲得者黑格教授（A.J.Heeger）及高分子物理學家史密斯教授（P. Smith）合作，首次提出了“對陰離子誘導加工性”新慨念，解決了聚笨胺導電聚合物的高導電性與加工性不能同時并存的難題，成果在防靜電材料、抗電磁波屏蔽、光電器件的透明電極等方面具有廣闊的應用前景。

1994年后，任職美國UNIAX公司資深研究員期間，曹鏞院士的研究重心轉向了高分子發(fā)光材料及器件等方面，在世界上首次成功研制出可彎曲的大面積塑料片基發(fā)光二極管；在國際上首次報道在聚合物發(fā)光二極管中電熒光量子效率有可能突破25% 的量子統(tǒng)計規(guī)則，提出了大幅度提高聚合物電致發(fā)光效率的一個新途徑。

創(chuàng)建我省第一個光電所

曹鏞院士來到華工后，立刻著手籌建高分子光電材料及器件研究所（以下簡稱光電所），從無到有創(chuàng)建了廣東省內第一個有機/聚合物光電功能材料與器件及系統(tǒng)集成的研究中心。

“華工材料學院是以研發(fā)傳統(tǒng)產(chǎn)品如橡膠、塑料、纖維等為主的，缺乏光電材料與器件研究的基礎，剛開始只有我和楊偉老師兩個人。假如沒有華工良好的氛圍和學校的支持，實驗室是無法建成的?！辈茜O院士說，當時，華工一下子批了600萬的建設經(jīng)費，這在當年國內還沒有全面啟動引進歸國人員之際并不多見。材料學院也在當年實驗室十分緊張的情況下對光電所給予了超常的支持，此后廣東以及歷屆學校、學院領導一直對此給予了巨大的支持。盡管原來毫無相關研究基礎，但學校的決心使曹鏞院士看到了在華工建立一個全新的有機光電材料與器件研究平臺的可能性。

光電所建設伊始，面臨著與國內外其他有機光電研究機構水平差距大，人才缺乏的困境。曹鏞院士說，從一開始我們就對光電所設定有明確的長遠目標，即要瞄準國家與社會重大需求；深入研究本領域基本科學問題，側重源頭創(chuàng)新。針對當時國內大部分研究機構側重在蒸鍍型有機光電材料與器件研究的情況，光電所將目標設定在比較長遠的溶液加工型的材料與全印刷型器件的研究上。希望把光電所建設成國際國內一流的有機光電材料與器件的研究基地，集聚一批優(yōu)秀的青年才俊，獲得一批原創(chuàng)性的成果，為廣東省填補空白及今后的產(chǎn)業(yè)升級打好基礎，為國家的信息與能源產(chǎn)業(yè)升級做出貢獻。

“光電所堅持‘兩條腿走路’培養(yǎng)人才，一是自己培養(yǎng)人才，二是引進高層次人才，根據(jù)各個建設層次的需要，充實不同層次的人才，才能建成一個好體系?！痹诓茜O院士的努力下，光電所團隊從創(chuàng)建時兩名教師發(fā)展到目前擁有14名正教授、2名正高級研究員和多名副教授及技術團隊，培養(yǎng)和聚集了一批有機光電領域的人才，包括博士105人、碩士107人，其中兩名還獲得國家杰出青年科學基金資助。

曹鏞院士不遺余力地把諾貝爾獎得主等一批高水平的國際知名學者“請進來”，與團隊內的老師一起合作開展研究。長期與諾貝爾化學獎得主、美國加州大學圣芭巴拉分校的黑格教授，諾貝爾化學獎得主白川英樹教授，有機發(fā)光二極管（OLED）發(fā)明人、2011年沃爾夫化學獎得主、美國羅切斯特大學鄧青云教授等10多位國際學術大師和知名學者開展密切合作，在包括《Science》雜志在內的頂尖刊物上發(fā)表50多篇高水篇高水平合作研究論文。

2011年10月，以光電所為主，聯(lián)合姜中宏院士領導的光纖所等組建的“發(fā)光材料與器件國家重點實驗室”獲科技部批準建設。2013年3月，實驗室僅建設不到2年，參加了每5年一次的工程材料學部國家重點實驗室評估，獲評優(yōu)秀實驗室。這在國家重點實驗室的評估中是非常少見的。

實現(xiàn)顯示屏可印刷可折疊

據(jù)曹鏞院士介紹，最近幾年，他們在聚合物發(fā)光顯示屏以及聚合物太陽電池方面都取得了一些比較好的成績。

發(fā)展“非化石清潔能源”是我國今后幾十年的重大戰(zhàn)略目標，其中太陽能是最重要的、用之不竭的清潔能源。但由于其單位面積能量密度較低，發(fā)展低價、大面積、高效采集與高能量轉換效率太陽電池成為太陽能大規(guī)模利用的關鍵。實驗室成立以來即注重于太陽電池的研究工作。據(jù)曹鏞院士介紹，該團隊從新型聚合物太陽電池的活性層材料及電極界面調控材料以及器件結構兩個方面來研究制約聚合物太陽電池大規(guī)模應用的關鍵瓶頸——光電轉換效率偏低的問題已經(jīng)取得突破性進展，聚合物太陽電池的實驗室能量轉換效率已經(jīng)從早年的2%提高到目前的超過10%。

曹鏞院士和團隊的研究成果“實現(xiàn)高效率有機太陽電池的新型聚合物材料及器件結構”榮獲2015年度國家自然科學二等獎。此前，曹鏞院士和團隊利用一種倒置結構實現(xiàn)了能量轉換效率達到9.214%的聚合物太陽電池，刷新了同行評審的科學文獻報道中單結聚合物異質結太陽電池能量轉換效率的世界最高水平，該成果因此入選科技部基礎研究管理中心發(fā)布的2012年度“中國科學十大進展”。同時，相關成果也曾獲得2014年度高等學?？茖W研究優(yōu)秀成果獎（科學技術）自然科學獎一等獎。

像印報紙一樣把有機發(fā)光顯示屏印出來是近幾年曹鏞院士和團隊的科研目標之一，他們正致力于解決相關的科學技術問題以將此技術變?yōu)楝F(xiàn)實。他們首創(chuàng)用團隊所發(fā)明的環(huán)保型水/醇溶性陰極界面材料制作顯示屏新工藝，解決了穩(wěn)定金屬電極與發(fā)光薄膜之間的電子注入效率低的科學技術難題，在國際上首次實現(xiàn)了用穩(wěn)定的納米銀膠電極作為電子注入陰極的聚合物發(fā)光器件，進而實現(xiàn)了用噴墨打印方法的聚合物發(fā)光顯示屏的全印刷制備。運用這項成果，不僅可以實現(xiàn)顯示屏在柔性襯底上的全印刷制備，實現(xiàn)顯示屏的折疊彎曲，成本也可大幅降低。

“實現(xiàn)薄、輕、大面積、柔性全印刷型發(fā)光顯示屏的產(chǎn)業(yè)化是我們長遠的目標?！痹趪舛嗄甑难芯抗ぷ鹘?jīng)歷，使曹鏞院士意識到，要推動科技成果轉化為生產(chǎn)力，實現(xiàn)大規(guī)模推廣應用，關鍵是要加強與企業(yè)的合作。

2010年，由華南理工大學與創(chuàng)維集團共同投資組建的廣州新視界光電科技有限公司正式成立。現(xiàn)已通過技術攻關，實現(xiàn)了具有自主知識產(chǎn)權的摻稀土Nd（Nd-IZO）TFT 技術， 并在國內首次實現(xiàn)了性能穩(wěn)定的全彩色、透明及柔性可彎曲顯示屏。曹鏞院士說，現(xiàn)在只是實驗線，不是生產(chǎn)線，他們正在積極尋找投資方，特別是民營企業(yè)家一起合作，把柔性顯示屏推廣出去，把科研成果產(chǎn)業(yè)化，實現(xiàn)在更多地方進行應用，助推廣東省產(chǎn)業(yè)升級。

【獲獎感言】很感謝廣東省、華工在過去十幾年來對實驗室的支持，雖然實驗室在有機發(fā)光顯示屏和聚合物太陽電池方面在國際上取得了一些領先的成果，但離對廣東省GDP做出貢獻還有很多工作要做。獲得突出貢獻獎是省委省政府對光電所團隊全體師生多年努力的鼓勵和肯定。在目前有機光電研究領域實現(xiàn)“一些方向取得具有國際領先的原創(chuàng)性的成果”的基礎上，團隊未來的目標是努力實現(xiàn)“整體研究能力進入有機光電領域國際一流水平，取得國際公認的突破性、引領性的成果”。

——曹鏞