——记东南大学材料科学与工程学院郭新立教授

本刊记者　刘玉杰

　　
　　近年，纳米技术正成为各国科技界所关注的焦点，正如钱学森院士所预言的：“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特点，会是一次技术革命，从而将是21世纪的又一次产业革命。”纳米技术作为一种最具有市场应用潜力的新兴科学技术，其潜在的重要性毋庸置疑。
　　也正是认识到了这一形势，怀抱着在科研道路上开拓一片天地的梦想，海外工作十多年的郭新立教授于2009年回到国内东南大学材料学院，建立自己的研究队伍，进行前沿性科学研发。在多年的研究中，郭新立在纳米科学研究中获得了多项突破。
　　
简单有效：利用扫描隧道显微镜从纳米有机分子中激发出光子
　　
　　超小光源和单分子光源对于开发高分辨的光学显微镜以及量子信息处理等具有重要的作用，但由于分子的金属支撑衬底表面对分子发光的强吸收作用，使得观察到分子或单个分子发光的几率极其微小。对此郭新立与同事合作设计了一种通过控制分子层厚度实现去耦合的简单有效方法，在国际上首次利用扫描隧道显微镜从纳米有机分子中激发出光子。不仅为单分子光源及器件的制备提供了新的方法和可能性，而且对分子在纳米尺度环境中的光电行为提供了新的理解，同时也为分子电子学的研究提供了新的思维方式。由此方法开展的系列研究成果发表在国际著名杂志Physical Review Letter等上，引起了学术界的广泛关注和赞誉，成为本研究领域的先驱，被广泛引用，连续两年（2004年，2005年）被作为前沿焦点研究，收录在由美国物理研究所和美国物理学会联合主办的Virtual Journal of Nanoscale Science & Technology上。该成果在单分子光源及器件的制备等方面有着潜在的应用。
　　
推陈出新：发现自发形成的碳纳米管
　　
　　碳纳米管由于具有超高强度、独特的电性能、大的表面积等优异性能而使得其在纳米技术、电子学、光学和材料科学的其它领域有着巨大的应用潜力。目前已开发了很多种技术如化学气相沉积、激光淀积等来制备碳纳米管，也有研究者试图在煤碳中找到自然存在的碳纳米管。郭新立借助扫描电镜、原子力显微镜和扫描隧道显微镜在新解理的石墨衬底上首次成功地发现了自发形成的碳纳米管。这一成果于2007年报被报道在Jpn. J. Appl. Phys上，即刻引起同行的兴趣，并对其形成机理展开了进一步深入研究。这一成果不仅可能为碳纳米管结构的获得提供了新的途径，而且有可能为其形成机理提供新的理解。
　　
出奇制胜：制备P-ZnO及其同质透明发光二极管
　　
　　ZnO属直接宽带半导体，带宽3.37 eV，接近GaN的带宽，自然状态下以n型存在，但其价格远低于GaN。P型ZnO的制备有望使之取代GaN，成为蓝光和远红外二极管、激光的更理想材料。郭新立巧妙地设计了一种通过电子回旋共振源辅助的脉冲激光反应沉积法，首次成功地制备了P-ZnO及其同质透明发光二极管。以第一作者的身份分别在J. Cryst. Growth 223 (2001) 135和Jpn.J.Appl.Phys、(Express Lett.)40(2001)L177-L180的首页发表，该工作成果被Advanced Materials、Phys. Rev. Lett.、Nature Materials、Phys. Rev. B.、Appl. Phys. Lett和Progress in Materials Science等国际著名杂志广泛引用，日本的著名报纸“日刊工业新闻”在显著位置对这一世界首个ZnO同质二极管做了报道；ZnO发光二极管方面的研究目前仍是众多研究者追逐的目标，若能在稳定性等方面进一步获得质的突破，将对发光二极管等行业产生革命性的影响。
　　
再接再厉：定睛微纳功能材料
　　
　　微纳功能材料是目前材料科学的研究热点之一，最有代表性的是近年出现的石墨烯，它是由碳原子通过sp2杂化构成的单原子层蜂窝状二维网格结构，厚度只有一个原子直径(~0.335nm)，由于石墨烯网格结构中相邻碳原子结合力很强，因此具有很好的稳定性。实验数据表明石墨烯是目前世界上已知强度和硬度最高的材料，具有优异的电学、光学、热学和力学性能，或将成为可实现高速晶体管、高灵敏度传感器、激光器、触摸面板、蓄电池及高效太阳能电池等多种新一代器件的核心材料。近期在国家自然科学基金（21173041，11134004）、973计划（2012CBI19401）、江苏省双创人才基金、东南大学人才引进基金（4012001020，4012001013）、苏州科技局纳米专项基金（ZXG2012029）等的支持下，郭新立开展了“高质量大尺寸石墨烯的制备及其在光电领域的应用”、“贵金属纳米粒子可控光学特性”和“高性能铁电薄膜及器件”的研究工作。
　　
倾注全力：科学研究与人才培养并重
　　
　　归国后，在教学工作、学科建设方面郭新立也下了很多功夫。新开设了“纳米材料科学与技术”的研究生和本科生共选课程，结合自己在国外的科研成果，将国外最前沿的纳米科技成果讲述给学生，并辅以参观实验，深受学生的欢迎。2011年被评为东南大学最受欢迎的研究生授课教师之一；参加了东南大学-张家港工业研究院的建设工作，而郭新立说自己将继续努力，以扩大东南大学在微纳功能材料领域研究的知名度。
　　谈到人才培养时郭新立说，在国外是一个潜心专注科研工作的研究员，回国后就担负起了科研和培养人才的责任。与众多的教授一样，花在科研第一线的时间相比在国外时要少，但无论多忙，他都坚持定期到实验室和与学生探讨，并时常召开组会，以促进学生掌握学科前沿动态，及时帮助他们解决遇到的问题。同时他也鼓励学生积极参加学术交流“与高手过招”，开阔视野，提高综合素质。
　　吃苦、专注、坚韧是从事科研的必备素质，也是郭新立多年科研工作的深刻经历，当年在做发光二极管和扫描隧道显微镜诱导单分子发光实验时室经常食不甘眛，寝无定时。“要能耐得住寂寞和失败，一分付出一分收获，好的科研成果始终与研究者的付出成正比！”他这样告诉记者。这也让我们确信何以郭新立可以在纳米材料的研究中卓有成效，而未来，相信他也会收获更多的突破和成绩在前方不远处！