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　　近日，國際頂級學(xué)術(shù)期刊《Nature》在線發(fā)表了一項顛覆傳統(tǒng)認(rèn)知的重大科研成果——黑龍江大學(xué)許輝教授團隊與合作者歷經(jīng)十四年潛心攻關(guān)，成功實現(xiàn)“電激發(fā)絕緣體發(fā)光”，讓素有“發(fā)光寶石”之稱的稀土納米晶突破“絕緣”桎梏，為全球光電材料領(lǐng)域開辟了全新賽道。這不僅是黑龍江大學(xué)建校以來首篇《Nature》論文，更是黑龍江省化學(xué)學(xué)科在該頂級期刊實現(xiàn)的零的突破，標(biāo)志著我國在稀土光電材料基礎(chǔ)研究領(lǐng)域躋身國際前沿，為東北振興注入強勁科技動能。

　　一場“異想天開”的科學(xué)追問

　　2011年，已在有機電致發(fā)光領(lǐng)域嶄露頭角的許輝教授，正在新加坡國立大學(xué)院士劉小鋼指導(dǎo)下從事博士后研究，主攻有機分子敏化稀土納米晶方向。一次與同為博士后、現(xiàn)香港城市大學(xué)王鋒教授的閑聊中，一個大膽的念頭在他心中萌生：“能不能讓稀土納米晶產(chǎn)生電致發(fā)光？”

　　這個想法在當(dāng)時被視為“異想天開”。稀土納米晶（鑭系摻雜納米晶）是公認(rèn)的“發(fā)光寶石”，兼具色純度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、寬色域可調(diào)等諸多優(yōu)勢，在平板顯示、柔性電子、生物成像等領(lǐng)域有著巨大應(yīng)用潛力。但它天生自帶“絕緣”屬性，電荷無法有效注入內(nèi)部，就像一座遺世獨立的“海中小島”，光能雖能激發(fā)其絢麗光芒，電卻始終無法跨越這道“天塹”。

從左到右依次為第一作者譚靜，通訊作者許輝教授和韓春苗教授

　　“絕緣”二字，成為橫亙在稀土納米晶與光電應(yīng)用之間的世界性難題。當(dāng)時全球科研界的傳統(tǒng)思路都是“硬闖”，試圖通過各種技術(shù)手段將電荷強行注入納米晶內(nèi)部，但無數(shù)次嘗試均以失敗告終，這道難題也成為制約光電材料產(chǎn)業(yè)升級的關(guān)鍵瓶頸。

　　許輝教授的學(xué)術(shù)經(jīng)歷為他挑戰(zhàn)難題奠定了堅實基礎(chǔ)。本科及碩士畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)，博士畢業(yè)于復(fù)旦大學(xué)，后在國外從事博士后及資深學(xué)者研究，跨學(xué)科的知識儲備和國際化的科研視野，讓他敢于跳出傳統(tǒng)框架思考問題。“既然稀土納米晶的絕緣特性無法改變，或許我們可以換一種思路。”這個念頭，成為他此后十四年科研征途的起點。

　　2013年，懷揣著對科學(xué)的執(zhí)著與報國的初心，許輝教授毅然回國，加入黑龍江大學(xué)。他深知，基礎(chǔ)研究不可能一蹴而就，唯有扎根黑土地潛心鉆研，才能逐步逼近真相。這份堅守，為后續(xù)的重大突破埋下了伏筆。

　　巧建“光電橋梁”的跨界智慧

　　面對“電荷無法注入絕緣納米晶”的核心困境，許輝教授與劉小鋼院士，黑龍江大學(xué)韓春苗教授、韓三陽副教授等組成跨校團隊，在長達(dá)十四年的合作探索中逐漸達(dá)成共識，既然電荷無法直接進入納米晶，何不嘗試將電荷攜帶的“能量”精準(zhǔn)遞送進去？

　　團隊另辟蹊徑，從自然界的“光合作用”中汲取靈感，開創(chuàng)性地提出在稀土納米晶表面構(gòu)建“有機光電橋梁”的解決方案，通過設(shè)計一系列功能配體，讓這些有機分子成為連接電荷與納米晶的“信使”。“我們不再試圖‘生吞’電荷，而是選擇了‘運化’能量。”許輝教授形象地比喻道，“這些有機配體對于納米晶，就像‘葉綠素’對于‘植物’，納米晶無法直接利用電荷載流子，就通過有機配體的半導(dǎo)體性質(zhì)，先將電能轉(zhuǎn)化為能量儲存在‘光電橋梁’中，再精準(zhǔn)傳遞給納米晶使其發(fā)光。”

許輝教授指導(dǎo)譚靜制備電致發(fā)光器件

　　團隊歷經(jīng)無數(shù)次實驗篩選，最終鎖定了最佳功能分子CzPPOA。“這款分子捕獲電激發(fā)產(chǎn)生能量的效率接近100%，能量傳遞效率更是高達(dá)96.7%，真正實現(xiàn)了能量的無損精準(zhǔn)遞送。”韓春苗教授介紹，這種有機-無機雜化發(fā)光單元設(shè)計，成功破解了絕緣體電致發(fā)光的核心癥結(jié)。

　　跨學(xué)科協(xié)作成為攻關(guān)的關(guān)鍵支撐，團隊成員涵蓋了有機化學(xué)、材料科學(xué)、光學(xué)工程等多個領(lǐng)域的專家，從功能配體的分子設(shè)計、稀土納米晶的精準(zhǔn)合成，到器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化組裝，形成了完整的創(chuàng)新鏈條。許輝教授領(lǐng)導(dǎo)的磷基光電功能材料團隊，此前已開發(fā)出藍(lán)光主體材料DPEPO，被全球2000余篇論文引用應(yīng)用，成為國際公認(rèn)的電致發(fā)光明星材料，這一前期積累為本次突破提供了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

　　團隊提出的能量傳遞機制，不僅解決了稀土納米晶的電致發(fā)光問題，更構(gòu)建了一種全新的材料設(shè)計范式。“通過巧妙的復(fù)合技術(shù)，將不同類型材料的功能集成到一個系統(tǒng)中，取長補短實現(xiàn)性能最優(yōu)化，這種思路可推廣到能源、生物、醫(yī)藥等多個領(lǐng)域。”許輝教授表示，這一機制的發(fā)現(xiàn)，其意義遠(yuǎn)超技術(shù)突破本身。

　　十四年“死磕”的堅守與突破

　　“最初做出來的器件，只能在暗室里看到一絲無法用儀器測量的微光。”回憶起創(chuàng)業(yè)初期的艱難，許輝教授感慨萬千。但就是這束微弱的光，成為支撐團隊前行的信念之火。十四年間，他們投入大量時間精力，在持續(xù)積累與不斷試錯中逼近成功。

　　為找到最優(yōu)的“有機光電橋梁”，團隊遴選了上百種分子，在一次次失敗中總結(jié)規(guī)律；為合成完美的稀土納米晶，他們在尺寸控制、摻雜濃度上追求極致，力求實現(xiàn)原子級別的精準(zhǔn)調(diào)控；在器件優(yōu)化階段，更是進行了成千上萬次實驗，反復(fù)調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)尋找最優(yōu)組合。許輝教授2011年博士后時期的原始實驗記錄，如今已泛黃的紙頁上，密密麻麻的數(shù)據(jù)分析見證著科研的艱辛。

許輝教授指導(dǎo)團隊開展光電性能測試

　　“科研最珍貴的不是最閃亮的瞬間，而是經(jīng)歷無數(shù)次失敗后，依然堅信‘那束光’一定存在的勇氣。”譚靜的感悟，道出了團隊成員的共同心聲。面對審稿人提出的“電致與光致發(fā)光顏色存在差異”的質(zhì)疑，團隊沒有回避，而是通過周密的實驗設(shè)計，證明這一差異源于電致與光致過程不同的物理機制。為驗證策略的普適性，團隊進一步實現(xiàn)了納米晶的近紅外電致發(fā)光，在更大光譜范圍內(nèi)展現(xiàn)了技術(shù)潛力，用扎實的數(shù)據(jù)回應(yīng)了所有質(zhì)疑，為審稿人呈現(xiàn)了一幅完整的“全色域”稀土發(fā)光畫卷。

　　最終，團隊制備的綠色電致發(fā)光器件，外量子效率達(dá)到5.9%，比未功能化的納米晶器件提升了76倍。更令人驚嘆的是，無需改變器件結(jié)構(gòu)，僅通過調(diào)整納米晶中摻雜的稀土離子，就能實現(xiàn)從綠色、暖白色到近紅外光的連續(xù)精準(zhǔn)調(diào)控，為顯示技術(shù)簡化工藝、降低成本打開了全新想象空間。

　　科技之光照亮振興之路

　　這項發(fā)表于《Nature》的重大成果，不僅實現(xiàn)了技術(shù)上的顛覆性突破，更承載著多重深遠(yuǎn)意義。作為黑龍江大學(xué)首篇《Nature》論文和黑龍江省化學(xué)學(xué)科的里程碑式成果，它標(biāo)志著黑土地上的高校已具備沖擊國際頂尖科研水平的實力，為區(qū)域科技創(chuàng)新樹立了標(biāo)桿。

許輝教授2011年博士后研究時期的原始實驗記錄

　　許輝表示，該成果打破了“絕緣體無法電致發(fā)光”的傳統(tǒng)認(rèn)知，為光電材料家族增添了新成員，更開創(chuàng)了跨材料體系功能集成的研究范式。這種“取長補短”的材料設(shè)計思路，為全球科研界提供了全新的創(chuàng)新視角，有望推動多個學(xué)科領(lǐng)域的交叉融合發(fā)展。未來的顯示器件或許不需要為每種顏色重新設(shè)計復(fù)雜結(jié)構(gòu)，這將大幅簡化生產(chǎn)工藝、降低制造成本。

　　團隊的科研堅守，正是新時代科學(xué)家精神的生動寫照。十四年間，他們扎根基礎(chǔ)研究，在冷門領(lǐng)域默默耕耘，用堅持與創(chuàng)新詮釋了“十年磨一劍”的科研擔(dān)當(dāng)。許輝教授團隊11人次入選國家及省級人才計劃，承擔(dān)50余項國家和省部級科研項目，發(fā)表SCI論文300余篇，這份厚重的積累，正是厚積薄發(fā)的底氣。

　　當(dāng)前，黑龍江正以科技創(chuàng)新引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)全面振興，許輝團隊的成果恰逢其時。這束來自稀土納米晶的“科技之光”，不僅照亮了光電材料的未來，更點燃了黑土地科技創(chuàng)新的熱情。未來，團隊將繼續(xù)向著更亮、更高效、更穩(wěn)定的目標(biāo)邁進，推動技術(shù)從實驗室走向產(chǎn)業(yè)界，將“科技之光”轉(zhuǎn)化為推動社會經(jīng)濟發(fā)展的“產(chǎn)業(yè)之光”。