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人物张浩力教授专访:领域挑战和未来方向

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人物张浩力教授专访:领域挑战和未来方向,

汽车氢能,黄冈氢能汽车,长安氢能轿车  1994 年和 1999 年分别从兰州大学获得学士和博士学位。1999 年和 2002 年先后在英国利兹大学(导师:Stephen D. Evans 教授)与牛津大学(导师:Andrew Briggs 教授、David Bucknall 教授)从事博士后研究。2004 年 6 月被兰州大学聘为教授,任职于化学化工学院和功能有机分子化学国家重点实验室。

  主要研究方向是电子和光电子领域有机功能材料的开发,包括晶体管、单分子器件和非线性光学材料。曾荣获亚洲化学会“Asian Rising Stars”奖,获自然科学基金委杰出青年基金资助。现为英国皇家化学会会士 (FRSC)。

  张浩力:回过头来看看,起初对物理和有机化学的兴趣如何一步步引导我最终从事材料科学研究的,这个过程很有意思。我在高中时就非常喜欢物理和化学,并且有幸在多次竞赛中获奖,这也让我得以被兰州大学免试录取。在兰大,我欣然选择了化学系的有机化学专业,这是兰州大学最好的专业之一。进入博士阶段后,我的课题是构筑基于自组装单层的 智能开关。这个课题可能是实现我在有机化学和物理方面愿望的最佳场所,我合成了各种光致变色的有机分子,然后应用多种的物理测量技术来研究它们在表面组装后的光学和电学特性。随着研究深入,我意识到自己的物理知识还不足以支持在如此高度跨学科领域开展前沿研究。于是,我到利兹大学物理和天文学系做了第一个博士后,与 Stephen D. Evans 教授领导的一群物理学家一起工作,这段经历非常棒。后来我作为 research associate 进入了牛津大学材料系工作,与 Andrew Briggs 教授和 David Bucknall 教授一起工作。在牛津时,我与许多优秀的材料科学家合作,我了解到材料科学是一门处于高速发展的高度跨学科科学,为各种新技术提供了材料基础。我于 2004 年回国,在兰州大学功能有机分子化学国家重点实验室开始了独立研究工作。我们课题组试图结合在有机合成化学和物理化学方面的专长来创造新型的有机功能材料,并探索在电子、光学和纳米器件中的新应用。

  张浩力:我在博士生阶段对有机合成非常感兴趣。我觉得将预先设定物理特性的有机分子合成出来就像艺术创作。在我刚刚完成我的博士学位的 2000 年,三位研究者因导电聚合物的研究被授予了诺贝尔化学奖,这使我开始关注有机半导体研究。我发现有机半导体领域前景广阔,它在众多领域都存在巨大的应用潜力。我也喜欢设计具有优秀电子或光学特性的有机分子,再到实验室去尝试合成它们。仅仅加上或去掉一个很小的官能团可能会极大地改变一个有机分子的电子特性,甚至可以把绝缘体变成良好的半导体,这点非常令我着迷。我们课题组已经能够为多种应用创造出许多类新的有机半导体,例如晶体管、太阳能电池和激光器。虽然这些工作很有挑战性,但研究创造新的和先进的有机半导体令人感到兴奋且值得。

  张浩力:机半导体研究领域有着许多挑战,但我认为最大的挑战是如何弥合分子和材料之间的距离。化学家可以相对轻松地设计各种有机分子,并预测它们的特性,如吸收、发射和电子亲和能等。然而,许多预测只在分子水平上可靠。然而对于光电器件,我们需要了解分子在凝聚态下的性质,目前还缺乏处理这个问题的工具。这主要是因为有机分子在凝聚态是利用弱的分子间相互作用堆积在一起的,而这些分子在固态下有很多不同排列可能性,一个典型的例子就是同质多晶现象。我们目前仍无法仅从分子式就能够准确地预测晶体结构,因此很难从分子结构判断其能否成为一种好材料。我相信随着有机半导体研究的增长,以及人工智能的快速发展,AI 辅助的材料设计或筛选可能提供一个新的有效方式来克服这一挑战。

  张浩力:当我和学生讨论选择哪个期刊发表研究时,我总强调两个最重要的因素:领域和认可度。Journal of Materials Chemistry 家族期刊在发表高质量的材料化学研究上有着三十余年的历史。它们在材料领域广受认可,并吸引了广泛跨学科读者的关注。随着投稿量的飞速增长,Journal of Materials Chemistry 家族细分为几个姊妹期刊,其中 Journal of Materials Chemistry C 发文方向主要涵盖光、磁和电子器件材料,而在 Materials Advances 上发表的跨学科研究通过开放获取模式向所有人开放。因此,如果一项研究符合上述的发文范围,并且作者想在最广受认可的材料化学期刊之一上分享研究结果,我一定会推荐 Journal of Materials Chemistry C 和 Materials Advances。

  张浩力:我在大学学习化学时就在阅读 Journal of Materials Chemistry。它在那时就是少数早期专注于材料化学领域的重要期刊之一,我一直是这本期刊的忠实读者。当我的文章被编辑 highlight 或被选为封面文章发表时,我仍然记得那时的激动之情。随着在 JMC 家族期刊上发表的文章越来越多,以及担任其他 RSC 期刊的顾问编委,我与编辑团队互动也与日俱增,我发现他们非常专业也很好相处。因此,我毫不犹豫地接受了加入 Journal of Materials Chemistry C 和 Materials Advances 编辑委员会的邀请。

  张浩力:我可能会选择从事高等教育管理相关的职业。除了科研工作外,我还担任兰州大学研究生院执行院长。我也非常喜欢教学工作,因为教学工作提供了与许多有好奇心和才华的年轻学生互动的机会。我也意识到,我们的研究生教育体系需要不断改革,以应对这个知识爆炸的时代,进而满足社会日益增长的新要求。

  张浩力:我认为基于有机材料的光电子器件很现在可能处在爆发式增长的边缘。仅 OLED 在商业上的使用这一项突破就使大面积、高亮度、低能耗和柔性显示等新型器件成为现实。有市场研究预测,未来十年有机光电子器件的份额将迎来急剧增长。我们有理由相信,其他有机器件将在未来 10 年内进入商业化轨道(例如有机光伏材料和有机晶体管)。如果这些预言成真,我们将成为享受到新一波有机光电器件进入日常生活的幸运一代。

  *本内容为翻译摘抄版本,采访原文请查看 RSC 期刊官方 Blog,可点击文末「阅读原文」查看。

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  Materials Advances 报道材料科学各领域的实验或理论研究成果,所发表的论文涵盖对材料的新认识以及材料的新应用、新特性和新合成方法。同时,该刊与英国皇家化学会现有的材料科学类期刊(Materials Horizons 及 Journal of Materials Chemistry A、B、C)相互依托并形成互补。作为一本金色开放获取的期刊,读者可以免费获取所发表论文的全文,同时从该刊发布起到 2022 年年中免收论文版面费。