先进功能材料与分子器件

开设的主要专业课程：

材料热力学、固体材料学、器件物理、纳米电子学、信息存储与显示、计算物理、扫描隧道显微学、薄膜物理与技术、高等结构分析、固体电子谱与离子谱等。

21世纪是以信息产业为核心的知识经济时代。随着信息技术向数字化、网络化的迅速发展，超大容量信息传输、超快实时信息处理和超高密度信息存储已成为信息技术追求的目标。信息的载体正由电子向光电子结合和光子方向发展；与此相应，信息材料也从体材料发展到薄层、超薄层微结构材料，并正向光电信息功能集成芯片和有机／无机复合材料以及纳米结构材料方向发展。历史发展表明，信息功能材料是信息技术发展的基础和先导；没有硅材料和硅集成芯片的问世，就不会有今天微电子技术；没有光学纤维材料的发明，砷化镓材料的突破，超晶格、量子阱材料的研制成功，以及半导体激光器和超高速器件的发展，就不会有今天先进的光通信、移动通信和数字化高速信息网络技术；可以预料，基于量子效应的纳米信息功能材料的发展和应用，人类必将进入一个变幻莫测、奇妙无比的量子世界，必将彻底地改变世界政治、经济格局和军事对抗形式，也将对人类的生产和生活方式产生深远的影响。

信息功能材料与器件是一个科学内涵极丰富、创新性极强、应用前景极广阔、社会经济效益巨大的领域，极有可能触发新的信息技术革命。建议将下述关键信息功能材料与器件研发内容，列入国家中长期科学与技术发展规划，给以重点支持，符合国家长远利益和国家发展战略。

（1）微纳电子材料和器件：微纳电子材料和器件是信息产业的基础和核心，它的发展对带动我国相关产业实现技术跨越，提升我国经济和产业的国际竞争力，实现我国经济社会的可持续发展和保障国家安全等都有着不可替代的作用。研究内容主要包括：ULSI用12－18英寸硅晶片和外延材料，SOI材料，高K和低K介质，金属互连，框架、封装材料以及基于纳米特征尺度的超大规模集成电路设计和集成芯片制造技术等。

刘云圻：分子材料与器件的开拓者

作者：尚文超

来源：《科学导报》2019年第77期

“庆祝新中国成立70周年庆典活动您印象最深刻的环节是什么？”

“自行車。”

“为什么？”

“因为贴近生活。”

10月1日，庆祝中华人民共和国成立70周年大会在北京天安门广场隆重举行。70岁的中国科学院院士、中国科学院化学研究所研究员刘云圻应邀在观礼台观礼。

庆典之后，刘云圻在电视台镜头前接受采访。这条视频于10月2日在网络新闻中推送，让亿万国人看到了这位与共和国同龄的科学家的幸福神情。

自行车确实非常贴近刘云圻的生活。那是一辆蓝色捷安特自行车，一辆不上锁大概也不会被小偷惦记的自行车。

每天早上7：30，刘云圻骑着这辆小车，迎着朝露晨曦，穿过北四环，来到中科院化学所，开始一天的忙碌。日复一日，为科研白了头发。

几十年间，刘云圻经常骑车时还在思考科研问题，因为交叉路口没有注意红绿灯而撞上快递小哥的事，也偶有发生。他说痴迷是科学家对待科学的正常状态。

刘云圻研究的重点领域是分子材料与器件。对于材料研究，普通人似乎感到陌生，其实刘云圻所做的研究与人们的生活息息相关。本征柔性显示屏就是刘云圻目前工作的一个重要方向。 柔性屏是当下的一大热词。所谓柔性屏就是要让原本坚硬的屏幕实现卷起来的效果。

刘云圻要做的柔性屏与市面上已有的柔性屏有本质区别。“不同于物理柔性或结构柔性，而是这个材料本身是柔性的，是更高层次的柔性。”现在刘云圻总是觉得时间紧迫，“如果时间足够，我有信心能够成功。”

时刻强调创新的刘云圻还有一个值得骄傲的突破——将电子和材料相结合。

在化学实验里，通常是一些“瓶瓶罐罐”，而刘云圻买了化学所第一台镀膜机，很多人都觉得，怎么搞化学的做起电子器件来了。

开设的主要专业课程：

材料热力学、固体材料学、器件物理、纳米电子学、信息存储与显示、计算物理、扫描隧道显微学、薄膜物理与技术、高等结构分析、固体电子谱与离子谱等。

21世纪是以信息产业为核心的知识经济时代。随着信息技术向数字化、网络化的迅速发展，超大容量信息传输、超快实时信息处理和超高密度信息存储已成为信息技术追求的目标。信息的载体正由电子向光电子结合和光子方向发展；与此相应，信息材料也从体材料发展到薄层、超薄层微结构材料，并正向光电信息功能集成芯片和有机／无机复合材料以及纳米结构材料方向发展。历史发展表明，信息功能材料是信息技术发展的基础和先导；没有硅材料和硅集成芯片的问世，就不会有今天微电子技术；没有光学纤维材料的发明，砷化镓材料的突破，超晶格、量子阱材料的研制成功，以及半导体激光器和超高速器件的发展，就不会有今天先进的光通信、移动通信和数字化高速信息网络技术；可以预料，基于量子效应的纳米信息功能材料的发展和应用，人类必将进入一个变幻莫测、奇妙无比的量子世界，必将彻底地改变世界政治、经济格局和军事对抗形式，也将对人类的生产和生活方式产生深远的影响。

信息功能材料与器件是一个科学内涵极丰富、创新性极强、应用前景极广阔、社会经济效益巨大的领域，极有可能触发新的信息技术革命。建议将下述关键信息功能材料与器件研发内容，列入国家中长期科学与技术发展规划，给以重点支持，符合国家长远利益和国家发展战略。

（1）微纳电子材料和器件：微纳电子材料和器件是信息产业的基础和核心，它的发展对带动我国相关产业实现技术跨越，提升我国经济和产业的国际竞争力，实现我国经济社会的可持续发展和保障国家安全等都有着不可替代的作用。研究内容主要包括：ULSI用12－18英寸硅晶片和外延材料，SOI材料，高K和低K介质，金属互连，框架、封装材料以及基于纳米特征尺度的超大规模集成电路设计和集成芯片制造技术等。

超分子化学中的自组装与功能性材料

超分子化学是研究分子之间相互作用及其自组装行为的学科，其目标是通过控制和利用分子间的非共价相互作用来构建具有特定性质和功能的分子组装体，进而为材料科学和生命科学提供新的理论和方法。在超分子化学中，自组装被认为是一种重要的自然方式，能够构建出多种功能性材料。

一、自组装的基本原理

在自组装过程中，分子通过非共价相互作用力（如氢键、范德华力、静电作用力等）相互结合，形成具有一定结构和功能的聚集体。这种相互作用力相对较弱，但通过合理设计和选择，可以使分子在特定条件下发生自组装。

二、自组装的应用领域

1. 智能材料

自组装的分子可以通过外界刺激（如温度、光、pH值等）改变其聚集态，从而实现对材料性质的智能调控。智能材料在传感、响应等方面具有广泛应用前景。

2. 有机太阳能电池

自组装技术可以帮助构建具有优异光电转换效率的有机太阳能电池。通过合适的分子结构和界面工程，可以实现光吸收、电荷分离和传输的高效率转化。 3. 药物传输与缓释

利用自组装技术，可以将药物载体与活性药物相结合，形成稳定的纳米粒子或胶束。这些结构可以实现药物的有效传输和缓释，提高疗效并减少副作用。

4. 分子电子学

自组装分子可以形成高度有序的自组装薄膜或纳米线，用于构建分子电子学器件。这种自组装薄膜或纳米线具有优异的电子输运性质，为新型分子电子学器件的发展提供了有力支持。

5. 纳米材料

自组装技术可以用于制备纳米颗粒、纳米管等纳米材料。这些纳米材料具有特殊的形貌和结构，可以应用于催化、能源储存等领域。

三、自组装材料的设计

1. 分子设计

在自组装材料的设计中，需要合理选择和设计分子的结构、功能基团以及它们之间的相互作用力。通过调控非共价相互作用力的强弱和方向性，可以实现分子的有序组装。

2. 条件控制

自组装需要特定的条件，如温度、溶剂、pH值等。通过调节这些条件，可以有效控制自组装过程的速度和结构，得到所需的功能性材料。 3. 后修饰