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发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Chemistry
标  题: 发现和优化新材料的集成组合方法
发信站: BBS 哈工大紫丁香站 (Fri Jun  4 16:16:55 2004)

发现和优化新材料的集成组合方法
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    香山科学会议在l999年6月21日到23日在北京香山召开了以“发现和优化新材料的集成


组合方法”为主题的第l18次学术讨论会。严东生院士、项晓东博士、高琛教授和张新夷教


授被聘为本次会议执行主席。

    一、集成组合方法——材料科学的重大创新成就

    中科院硅酸盐所严东生院士作为执行主席首先以“集成组合方法：发现与优化新材料


”为题介绍了本次会议的背景、宗旨和议程。他说，新材料是众多新技术发展的基础。新


材料的发现是一个复杂、费时的过程。当今材料组成一结构一性能关系的理论尚远未完善



。因而，寻找发现新材料的有效途径有重要的吸引力。美国劳伦斯一伯克莱国家实验室项


晓东博士等于l995年在美国《科学》杂志上发表了一篇新材料的发现和优化方法的文章：


A Combinatorial Approach to Materials Discovery，在学术上、应用上显示了很大推动


力。他指出，本次学术会议应当引伸出两个值得思考的重要科学问题：结构、微结构的微


区测定；微区阵列中缺陷类型的确定(Identification of Defect Types in Micro—Area


 Arrays)。项晓东博士以“集成组合方法、材料芯片方法在新材料开发和相图研究中的应


用”为题作了综述报告。首先他介绍了以下方面：(1)材料芯片的设计和制备。集成组合方


法的第一步是根据对材料结构、理化性质的理解，以一定的组合方式设计并制备密度尽可


能高、范围尽可能宽的材料芯片，即由不同成份、不同掺杂的小样品组成的样品阵列。组


合方法目前已出现了四元组合方法、二元组合方法和梯度组合方法。芯片的制备则以物理


掩膜结合薄膜沉积为主，光刻和溶液喷射也有一定的应用价值。(2)芯片的处理。用薄膜技



术开展集成组合研究有赖于顺序沉积的组元间的受控固相反应，因此高温反应之前，在较


低的温度下进行长时间的退火处理，以从中选择最佳的处理条件。(3)芯片性能检测。芯片


检测的目的是从芯片中发现一组具有某一特殊性能的材料组合(称为线索材料)。由于检测


技术随所测性质千变万化并涉及很多的学科，芯片性能的测量没有统一模式。传统的测量


技术大多难以满足芯片性能测量的需求，因此需要发展新的相关检测技术。(4)优化。以第


三步的发现为反馈信息，围绕着线索材料，重新设计范围较小的芯片，重复上述步骤以对


所发现的新材料的组分、处理条件等进行优化和微调。

    项晓东还介绍了集成组合方法发展过程。他说，材料从广泛意义上讲，可分类为陶瓷


、金属、玻璃、聚合物等；按其功能可分为超导、铁电、磁性、发光、电光、催化等材料


。目前发现的有机物大概5万多种，大部分材料是二元的，三元以上的约几千种。系统越复


杂，制备越难。发现制备超导材料的过程，以前基本利用“炒菜法”选取材料，是一个非



常艰难的过程。因而，需要寻找有效的办法来取代炒菜法发现新材料。他们从1994年开始


在劳伦斯-伯克莱国家实验室开展集成组合法(Combi-方法)研究工作，着重于探索一种最有


效、花时间最少、成本少、废物少、合适于开发多种体系的材料合成、检验、筛选的方法


。第一篇文章发表在《科学》上，曾引起一些争议。主要集中在两点：这是一种技术还是


一种科学方法；是否否定元素周期表存在的意义。而最近两年，这一研究则趋于热门。美


国《化学与工业》(1998．10．5)和《化学与工程新闻》(1999．3．8)分别发表专题讨论文


章，美国材料学会开了3次专题研讨会，物理学会也召开了两次主题研讨会。相信Combi-方


法对产业和材料学科会产生重要的影响。

    国家自然科学基金委张存浩院士认为，集成组合法不是简单的技术问题，而具有复杂


科学的思想。项晓东博士提出的是多维周期表，有整体科学论观点，很有2l世纪的新思维


，符合科学的发展。中科院大连化物所解金善研究员谈到，项博士报告的集成组合方法在



材料优化方面非常有效。中科院上海硅酸盐所施尔畏研究员认为，这种技术可能引起材料


科学的革命。中科院上海原子核所李民乾研究员补充说，在应用上，功能芯片是应用很广


的，可使这一技术进一步发展。北方交通大学徐叙容院士认为，这一工作应与现有材料科


学有关纳米薄膜界面科学结合，在短时间内可望做出一些成果。中国科技大学高琛教授补


充说，对材料制备所依赖的成分和处理条件，目前主要工作集中在成分上，也许以后可用


微区技术，进行处理条件的优化。

    二、集成组合方法在各领域的应用与发展

    执行主席高琛教授在题为“集成材料芯片方法的关键技术”的评述报告中指出，集成


材料芯片方法的进展与其相关技术的发展和完善是密不可分的。按其功能，可将集成材料


芯片方法所涉及的相关技术分为三类：材料芯片的制备、材料芯片的处理和材料芯片的检


测。其中制备和检测较富挑战性。他认为，集成材料芯片的制备是实施集成材料芯片设计



的起点。以各种薄膜沉积技术，结合一组精确定位的物理掩膜或光刻技术发展出了四元组


合技术，已用于各类功能薄膜材料，如高温超导材料、磁阻材料、电光材料、介电材料、


合金材料等研究；激光融蒸与连续掩膜相结合已用于多元复杂材料系统和DRAM器件的研究


。为了满足各类材料系统，如高分子材料、生物材料等的特殊要求，还需开发更多、更复


杂的系统和更为有效的组合方法。他指出，材料芯片的检测是开展集成材料芯片研究的关


键之一。材料芯片的检测系统基本上可归结为高速并行或扫描的薄膜微区物性测量(成像)


系统。检测技术的存在与否直接决定着能开展哪些材料的研究。与此同时，材料芯片检测


系统本身也是某种意义上的物性显微系统其研究成果在传统的研究和高科技领域，如超高


密度存储技术，也有极大的应有前景。染色、发光、光谱、超导电性、磁阻、电光、介电


／铁电、催化产物等已有一些进展，结构、光电子等还有待进一步的发展。

    中科院大连化物所万伯顺研究员作了“吡啶系杂环化合物库的液相组合合成”的专题



发言。将化学库内活性最高的化合物挑选出来寻找和优化新药、新农药先导化合物，是一


种非常快速、经济的研究策略。发展我国的组合化学技术，建立自己的化学库，用组合化


学技术进行新药物、新农药的寻找筛选是非常必要的。

    中科院上海硅酸盐所李强副研究员在专题发言中探讨了“组合化学法在新型荧光材料


研究中的应用”问题。利用组合化学法这一材料研究新思路，在荧光材料研究领域获得极


大的成功，发现了一批不寻常的荧光材料。他认为，针对组合化学法的特点及荧光材料设


计的基本理论，应当将组合化学法引入如下荧光材料研究热点，并进行系统化的探索。



    中科院上海硅酸盐所罗维根研究员在题为“集成组合技术研究铁电／介电薄膜材料的


展望”的专题发言中指出，铁电和高介电常数薄膜材料在现代高新技术发展中起着重要的


支撑作用。他认为抗疲劳铁薄膜的最佳组分和处理，梯度功能铁电薄膜的最佳组合及其新



效应发现，非铅基铁电新材料的探索，以及高介电常数薄膜的优化设计等等，将是值得研


究的重要课题。

    中科院上海原子核所陈昌明博士后讨论了“组合离子束合成及核分析技术在材料芯片


中的应用”问题。他说，通过能量、剂量、离子种类、处理工艺的组合，可精确地、高效


率地合成大量具有不同性能的材料芯片。有理由认为，多种不同离子种类的组合注入将大


大增加新纳米晶形成的几率，并有望发现具有新的发光特性的新材料。

    中科院大连化物所解金春研究员在讨论“用组合化学方法研制催化剂”的现状和进展


时说，优良的催化剂可以只对所需要的反应起作用，因此更重要的是它可以控制反应向人


们希望的方向进行。他们拟建立和发展高输出的可模拟实际情况的平行多通道反应器来评


价各种催化反应和催化剂，结合在这方面的经验，进一步加入组合化学的原理，以建立各


种贵重金属或物种及其结构的催化功能库，寻找最合适的催化剂。中国科技大学张新夷教



授以“同步辐射与新标材料发现和优化的集成组合”为题介绍了将集成组合概念应用于材


料制备和材料性能的研究现状和进展。执行主席严东生院士最后对会议作了简要小结。他


说，通过这次讨论，尽管我们工作很初步，但会议讨论很活跃。他说了以下几点意见：(1


)开展工作要与目前工作联系，便于生根。(2)希望有创新工作，拿出好的成果或文章。(3


)希望头一批工作早点拿出成果，以便得到各界承认。(4)应用方面要与高技术、国防工业


加强联系。(5)确定几个有效的方面开展这项工作。(6)在国内开展工作，各单位多作些贡


献。(7)加强联系与合作。(8)加强与产业界的合作。

    （香山科学会议 赵生才）





    参会人员名单：


    高 琛 教授 中国科技大学

    张新夷 教授 中国科技大学

    严东生 院士 中科院上海硅酸盐所

    项晓东 博士 美国劳伦斯伯克实验室

    王兴东 研究员 院刊

    杨建华 副研 中科院上海硅酸盐所

    刘 茜 研究员 中科院上海硅酸盐所

    李 强 副研 中科院上海硅酸盐所

    罗维根 研究员 中科院上海硅酸盐所

    解金春 博士 中科院大连化物所

    李民乾 研究员 中科院上海原子核所


    朱德彰 研究员 中科院上海原子核所

    李志锋 博士 中科院上海技物所

    苏 锵 研究员 中科院长春应化所

    施尔畏 研究员 中科院上海硅酸盐所

    周映雪 研究员 中国科技大学

    肖远胜 博士 中科院大连化物所

    范希武 研究员 中科院长春物理所

    万伯顺 研究员 中科院大连化物所

    徐叙容 院士 北方交通大学

    金 铎 研究员 中科院基础局

    王恩哥 研究员 中科院物理所


    陈昌明 博士后 中科院上海原子核所

    邵立勤 教授 科技部基础司

    张存浩 院士 国家自然科学基金委

    杨炳忻 教授 香山科学会议

    郑红乔 高工 中科院基础局

    赵生才 高工 香山科学会议
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