标题：中国科学院有机固体重点实验室
实验室-历史回顾
在中国科学院化学研究所迎来建所50周年之际，我们回顾过去，展望未来使我们对有机固体实验室的发展更加充满信心，有机固体实验室已走过三十余年的漫长道路，在几代人的共同努力下从弱到强，成长为在国际上有一定影响的研究集体。化学所早在1971年就开始了有机半导体方面的研究工作。钱人元先生根据七十年代初国际上有关有机导体、有机半导体和导电聚合物方面的研究状况和发展前景，以他杰出科学家的敏锐眼光，意识到有机晶体、半导体和导电聚合物的研究是一个崭新的研究领域，有着重大潜在的发展前景。钱人元先生在1975年应日本知名科学家井口洋夫教授的邀请率代表团（团员有王景盛、吕绳青、邱家白和朱道本）访问日本，参加国际会议和考察，并适时地提出了有机固体研究的科学战略决策，并建议在化学所建立一个新的研究室迅速开展这方面的研究工作。在当时第四研究室和第一研究室的基础上，于1978年组建了第六研究室（有机固体研究室），钱人元先生任主任，并陆续集中了一批具有较高学术造诣的人才。最初的研究方向主要集中在有机电荷转移复合物——有机导体（TTF-TCNQ体系）、有机光导体（铜酞菁、PVK-TNF体系）、导电聚合物及其器件等基础研究和应用探索。研究室成立初期大家对有机晶体方面的研究都很陌生。为了这支科研队伍的成长，钱人元先生组织了一个多月的学术讲座，全面系统地讲述了有机晶体的发展沿革、有机晶体的基本知识、研究手段及其进展，为科研队伍的迅速成长打下了良好的基础。之后研究室里还根据Pope教授的讲课内容整理编译了《有机晶体中的电子过程》一书。
在钱人元先生领导下，第六研究室的科研工作取得许多重要进展并产生了一定影响，成为国内第一支开展有机固体研究的队伍。这支队伍的研究成员是由不同学科专业背景的人组成，当时无论在人员搭配和研究课题上都显示了很强的学科交叉性。钱人元先生还积极倡导有机固体研究室开展广泛而又具实质性的学术交流与合作，八十年代初期与日本分子所签订了合作协议，互派访问学者，并每三年召开一届中日双边学术会议。1983年在北京成功地举办了第一届“中日双边有机固体电导、光导及相关现象”学术讨论会，至今已经举办过八届，分别在中国和日本交替举办。
1985年化学所决定取消研究室建制，取而代之的是74个独立的课题组，在74个课题组中仍有4个课题组坚持有机固体的研究，所以并没有影响化学所有机固体的研究和发展。自八十年代中期以来，研究队伍在原有的基础上，又增加了一批完成了在国外的学习和工作后回到或加入到实验室的年富力强的科研人员，包括白凤莲、万梅香、吴培基、叶成、张金彪、李永舫、刘云圻、李玉良等，他们的加入使研究队伍的结构日趋合理，1991年底恢复成立了有机固体研究室，朱道本先生任主任，在改革开放的大好形势下，有机固体研究室在朱道本先生的领导下坚持实事求是、发展、创新的原则，研究工作蓬勃开展，使有机固体的研究工作和内容更加深入和广泛，包括了有机光导体、有机导体和超导体、导电聚合物、有机和聚合物非线性光学材料、有机铁磁体、LB膜及富勒烯和分子器件等，研究范围几乎涵盖了有机固体研究领域的所有内容。成为国内有机固体研究的基地，国际上有一定影响的实验室。1994年经批准成立中国科学院有机固体开放实验室。1999年中国科学院启动知识创新工程，实验室被批准进入分子科学中心，2001年更名为中国科学院有机固体重点实验室。2003年在科学院重点实验室评估中名列第一。2004年在化学学科国家重点实验室评估名列第七（共有30个国家和部门重点实验室参加评估）。
实验室-科研领域
主要研究内容包括
(1)分子材料的基础研究;
(2)分子材料中重要的物理化学现象和过程的研究；
(3)分子材料中微尺度效应的研究；
(4)分子器件的探索研究。 
在重视基础研究的同时，实验室还重视应用基础研究，探索有机光电磁功能材料的应用前景，特别是在国防建设中的应用，如导电聚合物微管表现出的微波吸收特性，有望在军事隐身材料中得到应用；有机光限幅材料有望在激光武器的防护中得到应用。
实验室-科研团队
实验室重视青年人才的引进，通过中科院“百人计划”工程，在2002-2005年成功引进了江雷、帅志刚、郭志新、胡文平、王树、王朝晖研究员，他们的加入使实验室在功能界面材料、导电高分子、富碳化学和分子器件研究工作得到了加强。同时也加强了对杰出青年人才的培养, 江雷、张德清和帅志刚获得了国家自然科学基金委员会杰出青年基金。目前有机固体实验室的研究队伍在知识结构和年龄结构方面更加合理，形成了一支学科交叉性强、思想活跃、敢于创新的坚强研究队伍。2004年获得国家自然科学基金委员会“创新群体”基金支持。
实验室始终把培养人才作为长期的、首要的任务来抓。在1999-2005年期间，我们共培养了博士后16人，博士生74人，硕士生20人。目前在读博士后7人，博士生105人，硕士生17人。在这期间，有5人获院长奖学金特别奖，7人获院长奖学金优秀奖，5人获得宝洁奖，2人获得刘永龄奖。在所青年学术报告活动中，有多人获特别奖和优秀奖。特别需要指出的是，在我们培养的研究生中，1人获得国际材料大会十篇优秀论文奖(1999年)，1人获得2002年度国际合成金属大会优秀论文奖。
实验室-科研成果
通过30多年几代人的共同努力，有机固体实验室已经取得了一批有重要影响和创新意义的研究成果，先后获得了4项国家自然科学二等奖（1988，1995、2002和2005）和6项中科院自然科学一等奖和二等奖。有机固体实验室积极参与国际学术活动，组织了6届全国有机固体学术研讨会，7届中日双边有机固体学术研讨会，促进了有机固体研究领域内的国内外学术交流，推动了有机固体研究在中国的发展。在国际上，有机固体实验室在该领域内已成为有一定影响的研究集体。具体表现在：
1．多年来，实验室组织并承担了多项与有机固体研究相关的国家“973”项目，国家基金委重大、重点项目、重大研究计划项目，中科院重大基础研究项目、创新重大项目、创新方向性项目。在1999-2003年期间，实验室合作主持“973”项目1项，承担了国家“973”项目课题6项，“863”项目课题9项，主持和承担基金委重大、重点项目9项, 主持和承担中科院创新重大和方向性项目与课题6项。
2．在1999-2003年，实验室在国内外重要学术刊物上发表论文900余篇，其中SCI收录论文占85%，其中包括发表在Nature等影响因子3以上的刊物上有200余篇（其中第一作者单位发表180余篇）；有500余篇论文被他人引用4500余次。申请专利60多项，获授权专利20多项。实验室先后获得国家自然科学二等奖2项（2002年，2005年），中科院自然科学二等奖2项（1999年，2001年），北京市科学技术一等奖1项。
3．实验室主任朱道本院士担任有机固体领域内重要系列会议的国际顾问，如ICSM (国际合成金属大会)，ISCOM (国际有机导体、超导体和分子磁体会议)，国际功能π－体系会议；ICSM2002大会的三位主席之一；担任国际学术期刊的国际编委。
4．实验室聘请了在有机固体领域内的世界知名科学家担任实验室的学术顾问和名誉研究员。如：有机固体领域著名科学家井口洋夫教授（日本科学院院士，中国科学院外籍院士）。 Alan JHeeger 教授 (UC， Santa Barbara，2000年诺贝尔奖获得者)及AJ Epstein 教授 (Ohio State Univ，导电高分子，分子磁体，分子器件方面的国际权威专家，SynthMet主编)为实验室的名誉研究员。
5．实验室先后与日本分子科学研究所、德国马普高分子研究所、美国Ohio State Univ.的材料研究所、法国CNRS配位化学研究所、波兰科学院分子物理所、澳大利亚CSIRO分子科学所及比利时蒙斯－爱诺大学新颖材料化学实验室签定了合作协议，开展了合作研究，进行人员互访和交流，高水平的交流推动了实验室的研究工作，进一步扩大了有机固体实验室在国际上的影响。
实验室-研究成果
（一）有机电致发光材料与器件
1．与香港科技大学合作，发现1-甲基-1,2,3,4,5-五苯基合硅环戊二烯衍生物在溶液中发光非常弱或几乎不发光，而在薄膜中或聚集状态下发光非常强，这种聚集诱导荧光增强现象与绝大多数发光材料的聚集引起的荧光猝灭现象截然不同。利用该材料和聚集产生的发光增强现象制备出了高亮度、高效率的发光二极管，最大外量子效率达到8%，该数值超过荧光材料最大量子效率5%的理论极限。
2．发现2-(2-羟基苯基)苯并噻唑锌(Zn(BTZ)2)是一种非常好的电子传输材料， 其电子传输性能优于目前所报道的最好的电子传输材料之一的Alq3。对于大多数发光材料来说，它们在单晶及薄膜状态中是以单分子存在的，而2-(2-羟基苯基)苯并噻唑锌在晶体中是以二聚体形式存在的。 这一重要进展对于研究有机光电材料的分子结构对材料性能的影响及有机功能材料在光电器件中的应用研究具有重要意义。
（二）碳纳米管合成、器件制备及理论研究
首次制备了三维碳纳米管的阵列和图案，并实现了阵列结构的定向、定位生长，合成了具有高含氮量和优良场发射性能的氮化碳阵列碳纳米管。有关三维碳纳米管阵列的研究在Chem Commun.上发表以后，国际材料领域的权威杂志Adv  Mater 的副主编立即约稿，邀请在Adv. Mater.上介绍这一工作。另外还先后收到美国科学出版社（American Scientific Publishers）和德国Wiley出版社的信函，邀请撰写一篇关于阵列碳纳米管的制备和性能的综述。
（三）基于C60及其衍生物与共轭小分子的纳米结构材料研究
1．利用C60粉末直接构筑C60纳米管获得成功。所获得的C60纳米管是由C60晶体生长而成，保留了共轭大π键结构。C60纳米管与具有石墨结构的碳纳米管在结构上有本质的差异，这种具有共轭π电子结构的纳米管既保持了C60分子的结构和性质， 作为新的聚集态结构又具有准一维纳米材料的特点。设计合成了具有优良溶解性和热分解性的富勒烯多氧衍生物，并获得了富勒烯的纳米管阵列，为富勒烯纳米管的进一步实质性应用打下了基础。
2．设计合成了一系列含氢键自组装单元的C60衍生物。研究了基于这些C60衍生物的氢键自组装和形成二聚体的氢键自组装体系。发现这些通过氢键自组装的超分子体系，均可形成一种新的聚集态。其聚集态的形成与分子的结构和形成氢键的能力相关，世界最著名的超分子化学家Meijer教授在其发表的关于共轭体系超分子自组装的综述文章中(Chem. Rev. 2005)对我们的工作给予了详细的介绍并进行了大范围的引用和评述。
3． 用固相反应与气体—固体生长相结合的方法制备π-共轭有机小分子的纳米材料。尽管国际上可采用沉淀、蒸发和微乳等方法制备π-共轭有机小分子的纳米材料。但是成功的实例却很少，我们利用有机固相反应与气体—固体生长机理相结合的方法成功地制备出 和蒽纳米线。这些低维有机纳米材料的光学性质明显不同于它们的体材料，并发现它们具有荧光的维数效应。这一研究成果将对新材料领域、特别是分子电子器件、分子电路等方面的研究产生重要的影响。 
（四）二元协同超双疏/超双亲功能界面材料
1．以酞菁络合物为原料，采取高温裂解的方法制备了具有相当均匀长度（3μm）和外径 (60nm) 的阵列碳纳米管膜，并对其超疏水和超双疏性质进行了研究。同时还制备了类似水稻叶状的ACNT膜并在其表面上制备出各种图案，通过改变参数来设计合成实用性的超疏水表面，使纳米管道的应用成为可能。
2．应用多孔氧化铝为模板，通过真空挤压成功将亲水性聚合物分子（聚乙烯醇）制备成为超疏水阵列薄膜，通过构建阵列薄膜表面的结构模型，首次从理论上建立了表面结构与性质之间的关系。 以上研究结果在制备聚合物阵列薄膜方面无论从尺寸及性能上都取得了突破性进展，为制备无氟、可控的超疏水材料研究提供了新的理论及实践依据。上述研究成果的发表立即引起了国际同行的关注，AdvMater杂志编辑很快来信， 邀请我们在Adv Mater上介绍我们在此领域的研究结果。
3．用表面引发原子转移自由基聚合的方法，在基底上制备温度响应高分子聚异丙基丙烯酰胺薄膜，通过控制表面粗糙度实现了在很窄的温度范围内（10℃）超亲水和超疏水性质之间的可逆转变。在低温时，羰基和胺基被水分子组合，分子间氢键是主要的驱动力；随着温度的升高，分子内氢键起了主要作用，分子链采取更为紧密的排列方式，排斥了水分子。这种界面性质的可逆开关现象是通过表面化学修饰和表面粗糙度相结合，由热诱导所引起的。该表面具有优异的响应性、可逆性和稳定性，在许多工业领域，如微流体，功能性布料，温控过滤，可控药物释放等方面具有广阔的应用前景。该研究工作一经Angew Chem Int Ed 杂志接受即被评为VIP（Very Important Paper）文章并选为封面。
4．利用水热法成功制备了阵列的氧化锌纳米棒，并实现了其超疏水特性，其与水的接触角为150°，当表面倾斜时液滴即可滚落。该氧化锌纳米棒阵列薄膜在紫外光的照射下，其表面的浸润性由超疏水向超亲水转变，与水的接触角达到了0°，液滴在此表面迅速铺展，并渗入到阵列材料表面。将其在暗处放置一段时间后，又恢复到超疏水的状态。这样，通过光照与在暗处放置这两个过程的交替，实现了材料在超疏水与超亲水之间的可逆转变。
（五）基于有机D-A等分子体系的分子尺度器件研究
1．在多年对四硫富瓦烯，尤其是其衍生物的合成方法研究的基础上，充分利用其可逆的氧化还原特性，设计、合成了含有发光基团的D-A分子。该类分子的荧光可以通过电化学方法可逆地调控，建立了新型分子荧光开关。这是文献上报道的第二例基于四硫富瓦烯体系的分子荧光开关。在TDMEE薄膜上实现纳米尺寸信息点的写入，信息点的平均直径达2.1纳米,对应信息存储密度>1013bits/cm2。并成功地利用双光子技术进行了三维光学信息存储。同时，还研究了存储图案在读出过程中的光学稳定性，以及在多次“写入－擦除”过程中的耐疲劳性。结果表明，这类新型光致变色材料用于信息存储表现出良好的稳定性，而且可以进行信息的反复写入和擦除，并可应用于基于双光子技术的多层三维高密度光学信息存储，表现出很强的应用前景。
2．采用电化学沉积技术制备了纳米间隙的金电极对，结合电场诱俘和稀溶液自组装技术，成功地制备了基于共轭聚合物的纳米器件。其研究结果表明，这种聚合物纳米器件具有良好的光电响应行为，其对光的响应速度达400Hz，是一个纳米尺度的理想光开关。同时，该纳米器件表现出理想的p－型场效应晶体管的性能，在低温下观察到类似单电子的响应行为。这一研究结果为共轭聚合物在纳米电子器件中的应用开拓了新的思路。
实验室-今后展望
二十一世纪中国经济的增长点来自高新技术产业，这是无可质疑的。当今高新技术从基础研究至应用的周期越来越短。这既为科学技术界带来更多的机遇，也使得这些机遇稍纵即逝。与有机固体领域相关的信息、材料等关键产业的发展水平和潜力已成为当今衡量综合国力的重要指标，直接影响到未来的社会发展与进步。分子材料不仅可用于分子电子学方面的研究，还在微电子学、光电子学相关的高新技术产业，特别在国防安全方面有着广阔的应用前景。在中科院和国家有关部门的大力支持下，经过多年的努力，有机固体实验室在分子材料和器件研究等方面作出了很多有创新特色的研究工作，在学术方面已有相当多的积累，取得了一批国际公认的研究成果，为进一步的深入研究奠定了很好的基础。
展望未来我们将把探索自然，创造新知识，发现新现象，认识新规律，提出新概念，建立新理论作为我们发展的目标。超前部署对本领域的前沿和重大问题进行创造性和开拓性研究，以国家的重大需求为己任发展和推进高新技术的应用研究，推动学科的发展，为国家的发展，人类进步做出应有贡献，推动和促进国内外学术交流，繁荣科学事业。同时，实验室将加强国际合作，尤其是与海外杰出华人科学家的合作，建立“海外团队”，加强理论与实验的结合，注重学科交叉。我们满怀信心在未来的10年中真正的将有机固体实验室建成一个国内一流、国际上有较高声誉和地位，在有机固体领域有重要影响的研究集体。