院士报告厅|唐本忠:新材料聚集诱导发光背后的商机

  本文系由深圳创新发展研究院、博研教育、深圳企联等共同主办的科技创新院士报告厅第九期内容,本期活动还有深圳市新材料行业协会、深圳市微波通信技术应用行业协会等共同参与主办。5月27日上午,中国科学院院士、香港中文大学(深圳)理工学院院长唐本忠围绕“聚集诱导发光:一个崭新的科学概念及其蕴藏的巨大商机”发表演讲。

  光是非常重要的,光的研究开启了众多基础科学分支,催生了很多对人们生活产生巨大影响的基础性创新。

  2015年是爱因斯坦相对论发表的一百周年,因此被称为“国际光年”。当年,《Nature》杂志发表的一个社论指出,很多生活技术的革新都来源于关于光与物质相互作用的基础研究与发现。

  随着光的技术发展,光源的形式越来越多样,从远古至今人类一直在利用太阳自然光,到后来人们发现烧火可以产生光,再到现代随处可见的人造光。人造灯也在步步迭代,从发热发烫的白炽灯到如今的节能冷光源LED等等。

  近代一系列光学材料和技术的重大突破改变了世界的面貌,2008年的诺贝尔化学奖颁给了绿色荧光蛋白的发现和改造,这项技术能点亮生物体内肉眼不可见的微观世界。2014年的诺贝尔化学奖颁给了超分辨荧光显微技术的研发,这一技术让人们可以观察到纳米级的光信号。同一年,诺贝尔物理奖颁给了蓝色发光二极管的发明,这一发明使得人类凑齐了能发出三原色光的发光二极管,提高了人类的照明效率。

  从基础科学的角度来讲,这些人造的发光材料涉及光物理的研究,包括光电的相互作用、能量的转换等等。比如手机显示屏就是电跟光的结合,把手机电池的电转化成光显示出来,这个就是能量转换。大家或许都听说过柔性屏手机,也就是基于有机发光二极管(OLED)的手机,未来手机可以做到像纸一样随意折叠,不仅是小小的手机屏幕,未来的柔性屏还可以像墙纸一样大面积贴在墙壁上。OLED技术很多年前就已经有了,但是因为价格和产品寿命等方面的限制,并没有被非常成熟地市场化。可见好的技术要转化成产品很不容易,从技术到产品是一大难关。

  再举另外一个例子,我们身体里面有很多物质是肉眼看不见的,如果这些看不见的东西能够被点亮的话,我们就可以借助荧光显微镜来观察微观世界,帮助人们理解生物的结构,探索生命体内的各种过程。如果身体里面的癌细胞可以发光的话,医生就能发现和追踪癌细胞,准确地切除癌组织。

  从光电屏幕和生物成像两个例子可见,发光材料是很有用的,但是任何领域都会有它的问题,并且往往越成熟的领域要想进一步发展就越难。科学研究最初的成果都是低垂的果实,柿子也要捏软的,但是难的是去摘高处的果实,去探索硬核的部分。下面我要讲的就是比较“硬”的问题。我们现在街上看到的霓虹灯是LED也叫做发光二极管,采用的是无机的发光材料,无机的材料最大的好处是寿命很长,最大的毛病是非常难加工。大家听到“无机”可能不知道是什么,玻璃就是最有名的无机材料,玻璃的加工以前要一千度以上,现在有些七八百度就可以了,要加热到这个温度需要多少能量?其次,无机的发光材料很脆、容易碎;再者,无机发光材料是点阵的,一点一点的很难做成大的屏幕。

  有机的材料跟无机材料恰好相反,衣服、塑料瓶子都是有机材料,有机材料非常容易加工,塑料一百度左右就可以加工了,而且不容易碎。不像无机材料的点发光,有机材料可以做片发光

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