器件材料

可逆单分子光电子开关器件

北京大学化学与分子工程学院郭雪峰课题组联合美国宾夕法尼亚大学Abraham Nitzan教授课题组、北京大学信息科学技术学院徐洪起教授课题组及其他合作者，利用二芳烯分子为功能中心、石墨烯为电极成功实现了可逆单分子光电子开关器件的构建，该研究成果于发表于《科学》杂志。利用单个分子构建电子器件有希望突破目前半导体器件微小化发展中的瓶颈，其中实现可控的单分子电子开关功能是验证分子能否作为核心组件应用到电子器件中的关键步骤。石墨烯电极和二芳烯分子稳定的碳骨架以及牢固的分子/电极间共价键链接方式使这些单分子开关器件具有空前的开关精度、稳定性和可重现性，在未来高度集成的信息处理器、分子计算机和精准分子诊断技术等方面具有巨大的应用前景。

二芳烯-石墨烯单分子光电子开关器件

双向可逆光开关

新型二维半导体材料

南京理工大学曾海波团队将无机钙钛矿发展成具有可印刷光电器件功能的新型二维半导体，相关成果发表于《先进材料》。相比石墨与二硫化钼，全无机组分钙钛矿具有更高的吸光能力、非常大的载流子扩散长度以及高的稳定性等优异性能。因此，二维无机钙钛矿是柔性及可穿戴光电器件的极佳候选材料。然而，超薄（单层、少层）CsPbBr3二维钙钛矿的大产率、高质量实现仍然非常困难。研究人员采用溶液化学合成方法，制备了高质量、大产率、单层及少层厚度的全无机钙钛矿CsPbBr3超薄纳米片。作为一类新型的二维半导体材料，这种全无机钙钛矿纳米片除了有望应用于高性能柔性光探测领域，在低成本溶液工艺的超薄柔性薄膜晶体管、发光二极管、太阳能电池等光电子领域中具有应用前景。

微流控技术可控制备多腔复合纤维生物材料

中科院大连化物所秦建华研究员带领团队利用微流控技术可控制备多腔复合纤维生物材料，最新研究成果发表于《先进材料》。该研究工作利用流体在微米尺寸下的层流特性，通过自主开发的微流控芯片平台，在聚二甲基硅氧烷芯片内产生多层同轴鞘流，制备了一系列形态、结构及组成各异的微米级管状海藻酸钙纤维材料，并探索了其潜在生物应用。这种新型管状纤维材料可作为多功能载体，纤维内管腔和材料内部均可负载不同功能分子或细胞，不仅可用于生物催化，还可用于细胞共培养，干细胞分化诱导，肌肉、血管、神经组织等体外构建，在材料化学、组织工程以及再生医学等领域具有重要应用前景。

新型防冰表面材料

中科院化学研究所绿色印刷院重点实验室王健君课题组与北京大学科研人员合作，利用聚电解质刷表面具有可置换的抗衡离子的特性，研究了材料表面的离子对过冷水成核变冰的影响，研究结果发表于《科学进展》。研究发现了离子特异性对过冷水成核变冰的作用，即过冷水成核变冰的Hofmeister效应。通过改变聚电解质刷表面抗衡离子的种类和浓度，过冷水成核变冰的温度窗口可达7.8摄氏度。分子动力学模拟分析发现，聚电解质表面的抗衡离子通过控制界面水的动力学行为和静态结构，实现对过冷水成核变冰的调控。该发现对离子参与的过冷水成核变冰行为提供了理论指导，并拓展了低冰黏附防冰表面材料的研究。

百毫秒级高效量子存储器研制成功

中国科学技术大学潘建伟和包小辉教授等采用冷原子系综成功研制出百毫秒级高效量子存储器，为远距离量子中继系统的构建奠定了坚实基础，研究成果发表于《自然-光子学》。量子中继可以解决光子信号在光纤内指数衰减的难题，是实现超远距离量子通信的重要途径之一。量子中继的基本原理是采用分段纠缠分发与纠缠交换相结合来拓展通信距离，其核心是量子存储技术。为进一步提升存储时间，研究团队发展了三维光晶格限制原子运动等多项关键实验技术，使得原子运动导致的退相干得到大幅抑制，并最终成功实现了存储寿命达到0.22秒、读出效率达到76%的高性能量子存储器。据估算，该成果结合多模存储、高效通讯波段接口等技术，已原理上可支持通过量子中继实现500公里以上纠缠分发。

实验设计与原子水平

有效期检测

高性能银纳米线离子液体凝胶复合柔性透明电极

中科院理化技术研究所仿生智能界面科学实验室通过对银纳米线的选择性化学焊接以及引入稳定的导电离子液体凝胶保护层，设计制备了一种兼具高电导、高透过率以及优异空气稳定性的银纳米线@离子液体凝胶复合柔性透明电极，相关结果发表于《先进材料》。柔性透明电极多用于电子与光电子产业，是制备众多电子与光电子元器件不可缺少的光电功能材料。超亲水的银纳米线网络与疏水的透明基底之间的浸润性差异，使得化学焊接选择性地在银纳米线上进行，从而能够在极大降低银纳米线接触电阻的同时，保持高的可见光透过率。离子液体凝胶薄层的引入赋予了复合透明电极出色的空气稳定性，并且离子液体凝胶薄层具有减反射的作用，有利于获得高可见光透过率。

激光陶瓷平面波导结构研究

中科院上海硅酸盐研究所研究员李江团队研制的YAG/Nd:YAG/YAG陶瓷平面波导，作为激光放大器的增益介质，经验证获得了100 Hz重复频率下327 mJ单脉冲能量的激光输出，研究结果发表于《中国光学快报》。陶瓷平面波导结构是激光陶瓷板条的自然进化，是一种高纵横比的三明治结构，由高折射率的波导层和周围低折射率包层组成，具有对泵浦吸收效率高、纵横比大、比表面积大等特点。平面波导结构激光陶瓷不仅可及时传导激光发射中产生的废热，避免热透镜效应，还能增加增益介质中的光密度，从而实现低阈值、高功率的激光输出。流延成型技术是一种精度高、膜厚度和组分可控性强的陶瓷成型工艺。

多光源紫外反应试验系统

中国科学院生态环境研究中心强志民研究组采用流动式反应器的原理开发出先进的多光源紫外反应试验系统，研究结果发表于《环境科学技术》、《应用催化B》等国际刊物上。紫外消毒和基于紫外的高级氧化作为水处理工程领域的一项绿色技术。新型多光源紫外反应试验系统具有紫外输出稳定、辐射剂量准确、强度输出范围广、操作简便、可进行样品在线分析等显著优点，为开展光化学和光生物反应研究提供了先进的试验平台。特别是，该系统的高强度和超大剂量紫外输出对于探索紫外消毒的一些前沿问题（如光化学第二定律应用于污水、再生水、饮用水紫外消毒中的偏差测定）具有重要的意义。