聚焦2015年度广东省科学技术奖中国科学院院士、华南理工大学教授曹镛:
来源:开云下注官网(中国)有限公司作者:记者 叶青2016-02-26

  像印报纸一样印出有机发光显示屏

  本报记者 叶青

   手机、电子书,可以像纸一样折叠、卷曲起来放在口袋里;电视机显示屏及太阳电池板是柔性的,可以像印报纸一样印出来。这并非是科幻电影里的桥段,中国科学院院士、华南理工大学教授曹镛和带领团队长期致力于有机高分子平板显示器、白光照明及高分子太阳电池相关材料与全印刷器件制备研究正在努力试图将此理想一步一步变为现实。近日,曹镛获颁2015年度广东省科学技术奖突出贡献奖。

  归来

  “来到华南理工大学,实属偶然。1997年我受邀到长春和广州两地进行学术交流,我这是第一次来广州,记得当时是圣诞节期间,天气特别好,不像现在这么冷。”曹镛回忆道,时任华南理工大学(以下简称华工)校长刘焕彬及材料学院院长贾德民向他发出邀请,请其前来主持创立一个光电高分子材料及器件方面的实验室,填补广东在此领域的空白。但他并没有立刻答应,笑说建实验室需要很多钱的。没想到其时贾德民爽快地回答,您就开个单子来吧。

  回到美国后,曹镛开了一个组建实验室必备的各种仪器清单,约70万美元。1997年12月发给华南理工大学,但一直没有后续消息,他也没把此事放在心上。事隔近一年,1998年11月,刘焕彬突然来函,说建设经费已到账,学校批下600万元启动费及相应的实验室已经腾空,请您来看看。

  “我被华南理工大学的诚意所感动了。”1999年曹镛只身一人飞回来广州,自此扎根在这片生机勃勃的岭南大地上。

  曹镛是国内最早从事有机/高分子光电功能材料与器件研究的科学家之一。自1975年在中科院北京化学所在钱人元先生领导下开始从事相关研究,80年代初与高分子化学家、中国科学院长春应用化学研究所王佛松合作,成功地进行了用稀土催化剂合成聚乙炔;与浙江大学沈之荃小组基本同时在国际上首次报道了利用稀土催化聚乙炔的合成,得到了有新的结构和形貌特色的聚乙炔品种,这是导电聚合物研究领域在我国发端的标志。

  他与诺贝尔化学奖获得者黑格教授(A.J.Heeger)及高分子物理学家史密斯教授(P. Smith)合作,首次提出了“对阴离子诱导加工性”新概念,解决了聚笨胺导电聚合物的高导电性与加工性不能同时并存的难题,成果在防静电材料、抗电磁波屏蔽、光电器件的透明电极等方面具有广阔的应用前景。

  1994年后,任职美国U?鄄NIAX公司资深研究员期间,曹镛的研究重心转向了高分子发光材料及器件等方面,在世界上首次成功研制出可弯曲的大面积塑料片基发光二极管;在国际上首次报道在聚合物发光二极管中电荧光量子效率有可能突破25% 的量子统计规则,提出了大幅度提高聚合物电致发光效率的一个新途径。

  建设

  曹镛来到华工后,立刻着手筹建高分子光电材料及器件研究所(以下简称光电所),从无到有创建了广东省内第一个有机/聚合物光电功能材料与器件及系统集成的研究中心。

  “华工材料学院是以研发传统产品如橡胶、塑料、纤维等为主的,缺乏光电材料与器件研究的基础,刚开始只有我和杨伟老师两个人。假如没有华工良好的氛围和学校的支持,实验室是无法建成的。”曹镛说,当时,华工一下子批了600万的建设经费,这在当年国内还没有全面启动引进归国人员之际并不多见。材料学院也在当年实验室十分紧张的情况下对光电所给以了超常的支持,此后广东以及历届学校、学院领导一直对此给以了巨大的支持。尽管原来毫无相关研究基础,但学校的决心使曹镛看到了在华工建立一个全新的有机光电材料与器件研究平台的可能性。

  光电所建设伊始,面临着与国内外其他有机光电研究机构水平差距大,人才缺乏的困境。曹镛说,从一开始我们就对光电所设定有明确的长远目标,即要瞄准国家与社会重大需求;深入研究本领域基本科学问题;侧重源头创新;针对当时国内大部分研究机构侧重在蒸镀型有机光电材料与器件研究的情况,光电所将目标设定在比较长远的溶液加工型的材料与全印刷型器件的研究上。希望把光电所建设成国际国内一流的有机光电材料与器件的研究基地,集聚一批优秀的青年才俊,获得一批原创性的成果,为广东省填补空白及今后的产业升级打好基础,为国家的信息与能源产业升级做出贡献。

  “光电所坚持‘两条腿走路’培养人才,一是自己培养人才,二是引进高层次人才,根据各个建设层次的需要,充实不同层次的人才,才能建成一个好体系。”在曹镛的努力下,光电所团队从创建时两名教师发展到目前拥有14名正教授、2名正高级研究员和多名副教授及技术团队,培养和聚集了一批有机光电领域的青年才俊,至今培养了博士105人,硕士107人,其中两名获得国家杰出青年科学基金资助。

  曹镛不遗余力的把诺贝尔奖得主等一批高水平的国际知名学者“请进来”,与团队内的老师一起合作开展研究。长期与诺贝尔化学奖得主、美国加州大学圣芭巴拉分校的黑格教授,诺贝尔化学奖得主白川英树教授,有机发光二极管(OLED)发明人、2011年沃尔夫化学奖得主、美国罗切斯特大学邓青云教授等10多位国际学术大师和知名学者开展密切合作,在包括Science杂志在内的顶尖刊物上发表50多篇高水平合作研究论文。

  2011年10月,以光电所为主,联合姜中宏院士领导的光纤所等组建的“发光材料与器件国家重点实验室”获科技部批准建设。2013年3月,实验室仅建设不到两年,参加了每五年一次的工程材料学部国家重点实验室评估,获评优秀实验室。这在国家重点实验室的评估中还是非常少见的。

  突破

  据曹镛介绍,最近几年,他们在聚合物发光显示屏以及聚合物太阳电池方面都取得了一些比较好的成绩。

  发展“非化石清洁能源”是我国今后几十年的重大战略目标。其中太阳能是最重要的、用之不竭的清洁能源。但由于其单位面积能量密度较低,发展低价、大面积、高效采集与高能量转换效率太阳电池成为太阳能大规模利用的关键。实验室成立以来即注重于太阳电池的研究工作。据曹镛介绍,该团队从新型聚合物太阳电池的活性层材料及电极界面调控材料以及器件结构两个方面来研究制约聚合物太阳电池大规模应用的关键瓶颈———光电转换效率偏低的问题已经取得突破性进展,聚合物太阳电池的实验室能量转换效率已经从早年的2%提高到目前的超过10%。

  曹镛和团队的研究成果“实现高效率有机太阳电池的新型聚合物材料及器件结构”荣获2015年度国家自然科学二等奖。此前,曹镛和团队利用一种倒置结构实现了能量转换效率达到9.214%的聚合物太阳电池,刷新了同行评审的科学文献报道中单结聚合物异质结太阳电池能量转换效率的世界最好水平,由此该成果入选科技部基础研究管理中心发布的2012年度“中国科学十大进展”。同时,相关成果也曾获得2014年度高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)自然科学奖一等奖。

  像印报纸一样把有机发光显示屏印出来是近几年曹镛和团队的科研目标之一,正在致力于解决相关的科学技术问题以将此技术变为现实。他们首创用团队所发明的环保型水/醇溶性阴极界面材料制作显示屏新工艺,运用该技术解决了稳定金属电极与发光薄膜之间的电子注入效率低的科学技术难题,在国际上首次实现了用稳定的纳米银胶电极作为电子注入阴极的聚合物发光器件,进而实现了用喷墨打印方法的聚合物发光显示屏的全印刷制备。运用这项成果,不仅可以实现显示屏在柔性村底上的全印刷制备,实现显示屏的折叠弯曲,成本也可大幅降低。

  “实现薄、轻、大面积、柔性全印刷型发光显示屏的产业化是我们长远的目标。”在国外多年的研究工作经历,使曹镛意识到,要推动科技成果转化为生产力,实现大规模推广应用,关键是要加强与企业的合作。

  2010年,由华南理工大学与创维集团共同投资组建的广州新视界光电科技有限公司正式成立。现已通过技术攻关,实现了具有自主知识产权的掺稀土Nd(Nd-IZO)TFT 技术, 并在国内首次实现了性能稳定的全彩色、透明及柔性可弯曲显示屏。曹镛说,因为现在只是实验线,不是生产线,他们正在积极寻找投资方,特别是民营企业家一起合作,把柔性显示屏推广出去,把科研成果产业化,实现在更多地方进行应用,助推广东省产业升级。

  获奖感言

  很感谢广东省、华工在过去十几年来对实验室的支持,虽然实验室在有机发光显示屏和聚合物太阳电池方面在国际上取得了一些领先的成果,但离对广东省GDP做出贡献还有很多工作要做。获得突出贡献奖是省委省政府对光电所团队全体师生多年努力的鼓励和肯定。在目前有机光电研究领域实现“一些方向取得具有国际领先的原创性的成果”的基础上,团队未来的目标是努力实现“整体研究能力进入有机光电领域国际一流水平,取得国际公认的突破性、引领性的成果”。