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唐本忠院士:纳米光学革命正在来临

来 源:科学网
发布时间:2017-10-18

近年来,纳米发光材料的科学研究和技术应用越来越受重视。纳米发光材料兴起于量子点。量子点是一种无机纳米材料,它的发光颜色可简单地通过改变其尺寸而进行调控。量子点越大,发光颜色越红移。但量子点毒性大、种类有限,常需用紫外光激发。随着纳米技术的发展,上转换点登场。用长波(如近红外光)激发,上转换点可在短波处发光,如此可避免紫外光激发所产生的生物毒性。但上转换点多为稀土金属材料,稀少而昂贵。

与无机材料相比较,有机纳米发光材料具有种类多、加工易、毒性小等优势。聚合物点(polymer dots)就是一种有机纳米发光材料。塑料就是一种聚合物,如果塑料可以发光,人们将不会再为手机显示屏摔破而心痛。但聚合物点和其它有机发光材料一样,常呈现聚集导致发光淬灭效应,即在单分子态发光,在聚集态发光减弱甚至不发光。本世纪初,我国科学家发现了一种与聚集导致发光淬灭完全相反的光物理体系:分子在希溶液中几乎不发光,而在聚集状闪闪发光。因发光由聚集而引起,这种发光过程被称为聚集诱导发光(简称“AIE”)。AIE纳米粒子简称为AIE点,具有很多显著优势,如种类多、可设计性强、加工性能好、生物相容性高、可用于大面积柔性显示屏制备等。

目前,全人类在能源、环境和健康等领域面临巨大挑战,高效纳米发光材料有助于解决这些挑战所带来的问题。在能源方面,面对能源匮乏,各国都在寻找节能材料。用AIE材料制备的有机发光二极管的外量子效率可高达20%,远高于“传统”有机发光二极管器件的效率(最高约5%)。高效率带来低能耗,用AIE材料制备的有机发光二极管器件因而有着光明的应用前景。在环境保护领域,尤其是水污染监测治理方面,AIE亦有用武之地。利用水溶性AIE材料,可轻易地将痕量污染物(汞、镉、氰化物等)特异性地“揪出示众”。在健康领域,AIE探针可高效识别癌细胞或恶性肿瘤,帮助医生准确地切除肿瘤组织。

中国科学家将在这场纳米光学革命中大展拳脚。为了在这场竞争中拔得头筹,我们必须培养创新性人才、从事引领性研究。年轻科学家必须知晓化学、物理、数学、药学、光电、信息、计算机、生命科学、生物工程等多学科知识,了解交叉学科领域的新进展,在掌握基础知识的基础上,学会批判性思维,注重创新性研究。

在纳米光学研究领域,中国科学家起初是跟着别人跑,而现在我国的研究水平与国际基本持平,在某些领域甚至已经处于“领跑”地位。我国有着无比广阔的舞台,无比强大的前进动力,科学研究发展迅猛,进展惊人。随着纳米光学革命的发展,我国科技水平将量子跳跃式上升,为经济发展和社会进步做出巨大贡献。