5月16日是國際光日

自人類文明誕生以來

人類對光的探索與研究

催生了無數(shù)革命性發(fā)明

從替代能源到診斷技術(shù)

從治療手段到通信工具

光的力量無處不在

光的奧秘?zé)o窮無盡

今天

讓我們循著“光”的軌跡

在華南理工大學(xué)來一場追“光”之旅

共同探尋那些照亮未來的科技突破

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開創(chuàng)全印刷薄膜電子器件關(guān)鍵材料和技術(shù)

有機(jī)電子器件的核心優(yōu)勢是印刷工藝帶來的大面積與低成本，但是功能層間的互溶及活潑金屬的印刷是工藝實現(xiàn)的瓶頸。

華南理工大學(xué)發(fā)光材料與器件全國重點實驗室曹鏞院士團(tuán)隊發(fā)展了新型水醇溶性聚合物光電材料，利用新材料和傳統(tǒng)光電聚合物溶解性的巨大差異及界面偶極效應(yīng)，發(fā)明了全印刷制備多層有機(jī)發(fā)光器件（包括金屬電極）的新方法，實現(xiàn)了“全印刷”工藝制備的高效三基色聚合物發(fā)光器件和首個噴墨打印金屬陰極的彩色OLED顯示屏，這是國際上第一次不需任何高真空條件制備的OLED顯示器件，充分展示了有機(jī)材料在器件制備中的優(yōu)勢。

國際上首例全噴墨打印OLED顯示屏

2

引領(lǐng)有機(jī)光電領(lǐng)域發(fā)展的新概念材料

針對第一代熒光材料75%躍遷禁阻的三線激發(fā)態(tài)能量被浪費這個核心問題，發(fā)光材料與器件全國重點實驗室馬於光院士選用一種磷光特性的鋨配合物與半導(dǎo)體聚合物摻雜，實現(xiàn)了國際上第一例電致磷光器件，提出并論述利用磷光材料提高OLED效率的科學(xué)原理，對第二代（磷光）發(fā)光材料的發(fā)展做出了原創(chuàng)性貢獻(xiàn)。磷光材料利用貴金屬的自旋-軌道耦合效應(yīng)將不發(fā)的三線態(tài)轉(zhuǎn)變成可發(fā)光的激發(fā)態(tài)，成為目前OLED產(chǎn)線使用的主要發(fā)光材料體系，又稱第二代OLED材料。

我國在OLED材料領(lǐng)域第一個有國際影響力的工作，打破UDC專利壟斷

“熱激子”材料基于高能量三線態(tài)激子（Tn,n>1）反向系間竄躍到S1（RISCTn→S1），實現(xiàn)三線態(tài)到單線態(tài)的高效率轉(zhuǎn)換?！盁峒ぷ印睓C(jī)制理論上可以實現(xiàn)100%的激子利用率，同時有效避免了T1激子的生成和積累，有望成為一類高效率、長壽命材料新體系。為推進(jìn)“熱激子”材料的產(chǎn)業(yè)化，實驗室已通過東莞伏安光電科技有限公司進(jìn)行產(chǎn)線驗證。

發(fā)現(xiàn)高能激子態(tài)能量轉(zhuǎn)換途徑“熱激子”

3

實現(xiàn)了國際有機(jī)光伏器件的同期最高效率

發(fā)光材料與器件全國重點實驗室發(fā)現(xiàn)PFN界面材料能有效解決聚合物太陽電池界面失配問題，基于PFN界面修飾的倒裝器件結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了國際有機(jī)光伏器件的同期最高效率。相關(guān)工作在國內(nèi)外引起廣泛關(guān)注?；谒既芙缑娌牧系母咝У寡b和正裝太陽電池的工作分別被引超過3500次和1800次，位列我國被引次數(shù)最高的10篇論文（2006-2016年）第1位和第7位，新型倒裝型聚合物太陽電池的研究成果被評為當(dāng)年“中國科學(xué)十大進(jìn)展”之一。

發(fā)展窄帶隙的共軛聚合物材料可以更充分地利用太陽光能量，實驗室在國際上首次實現(xiàn)了可隔熱發(fā)電的多功能半透明聚合物太陽電池、高效有機(jī)紅外光探測器、高效有機(jī)紅外發(fā)光器件等，為有機(jī)電子的變革性、顛覆性應(yīng)用開辟了新方向。

4

光電共軛高分子領(lǐng)域重大突破

曹鏞院士于1992年提出“對陰離子誘導(dǎo)加工”的方法，實現(xiàn)導(dǎo)電聚苯胺的溶液加工，這是第一個具備實用化價值的導(dǎo)電聚合物，并以此為基礎(chǔ)制備了聚苯胺透明柔性電極，實現(xiàn)了第一個聚合物柔性發(fā)光器件，開創(chuàng)柔性電子先河。

溶液加工導(dǎo)電聚苯胺，實現(xiàn)國際上第一個柔性電致發(fā)光器件

馬於光院士接棒曹鏞院士思想推動強(qiáng)相互作用難溶有機(jī)半導(dǎo)體研究，通過對苝酰亞胺分子進(jìn)行還原n型摻雜，實現(xiàn)了其溶液加工以及有機(jī)熱電器件的應(yīng)用，并進(jìn)一步進(jìn)行自組裝過程制備了自由基聚集體，促進(jìn)形成長程鐵磁有序排列，實現(xiàn)了世界首例室溫有機(jī)鐵磁半導(dǎo)體。

實驗室黃飛教授團(tuán)隊探索提高有機(jī)n型導(dǎo)電材料導(dǎo)電率的新路徑，經(jīng)過對聚合反應(yīng)以及摻雜進(jìn)程精心設(shè)計，利用醌類氧化劑可逆的氧化還原特性，一鍋法簡易制備出導(dǎo)電率達(dá)到2000S/cm的n型導(dǎo)電聚合物——聚（苯并雙呋喃二酮）（PBFDO），相比現(xiàn)有n型材料提升20倍以上，其優(yōu)異的導(dǎo)電性甚至可以與金屬相媲美。

以上工作得到了國內(nèi)外多個課題組的迅速跟進(jìn)，被國內(nèi)外同行認(rèn)為是近年來光電共軛高分子領(lǐng)域的重大突破，有望推動新型電子器件的研發(fā)與變革型應(yīng)用。相關(guān)成果獲評2022年度中國半導(dǎo)體十大進(jìn)展及2022年度中國重大技術(shù)進(jìn)展。

5

相關(guān)器件滿足國家重大需求

發(fā)光材料與器件全國重點實驗室圍繞 “高性能激光玻璃光纖及激光器”，構(gòu)建 “光學(xué)玻璃材料-有源光纖-光纖激光與應(yīng)用” 全鏈條研究體系，在玻璃光纖材料基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)多項突破。團(tuán)隊提出玻璃結(jié)構(gòu)相圖模型，揭示玻璃化轉(zhuǎn)變機(jī)制，通過 “光學(xué)玻璃基因工程” 構(gòu)建成分-結(jié)構(gòu)-性能計算模型，實現(xiàn)激光性能參數(shù)高通量預(yù)測與玻璃材料精準(zhǔn)設(shè)計。

技術(shù)層面，研制出近紅外最高增益系數(shù)、光通信最寬發(fā)光帶寬的激光玻璃光纖，發(fā)明復(fù)合光纖制備技術(shù)；開發(fā)近理論噪聲極限的超窄線寬單頻光纖激光器及最高功率高重復(fù)頻率全光纖飛秒激光器。相關(guān)高性能光纖激光器件成功應(yīng)用于某大功率激光系統(tǒng)等國家重大工程和專項中。

玻璃光纖及激光器產(chǎn)品

6

推動大尺寸OLED背板生產(chǎn)的國產(chǎn)替代

發(fā)光材料與器件全國重點實驗室發(fā)明了稀土摻雜氧化物新型半導(dǎo)體溝道材料（Ln-Oxide），該材料體系能夠大幅度提高TFT的光熱穩(wěn)定性，同時保持高電子遷移率?；谠摷夹g(shù)在國內(nèi)首次實現(xiàn)了彩色柔性有機(jī)發(fā)光顯示，打破了國外對氧化物半導(dǎo)體材料用于顯示驅(qū)動的專利壟斷，開拓了我國AMOLED顯示背板技術(shù)的新方向。

國內(nèi)首塊彩色柔性顯示屏

實驗室相關(guān)專利入股廣東聚華印刷顯示技術(shù)有限公司，正在廣州籌建規(guī)模量產(chǎn)線，推動建設(shè)我國高世代發(fā)光顯示高世代量產(chǎn)線；與深圳創(chuàng)維集團(tuán)合作，創(chuàng)立了“廣州新視界光電科技有限公司”；與廣東先導(dǎo)稀材股份有限公司合作，開發(fā)成功稀土摻雜氧化物靶材技術(shù)，已經(jīng)完成了用于G8.6代生產(chǎn)線使用的平面靶和旋轉(zhuǎn)靶材，正在向京東方集團(tuán)龍頭企業(yè)推進(jìn)規(guī)模量產(chǎn)的應(yīng)用。

7

打造AIE創(chuàng)新前沿科學(xué)和工程技術(shù)平臺

聚集誘導(dǎo)發(fā)光是由唐本忠院士于2001年提出的新科學(xué)概念：具有AIE效應(yīng)的材料，在分散態(tài)下發(fā)光微弱甚至不發(fā)光，聚集后發(fā)光顯著增強(qiáng)，呈現(xiàn)出顛覆傳統(tǒng)認(rèn)知的光物理現(xiàn)象。AIE是我國科學(xué)家開拓的一個新領(lǐng)域，已經(jīng)成為了化學(xué)、材料等領(lǐng)域的一個研究熱點。

廣東省大灣區(qū)華南理工大學(xué)聚集誘導(dǎo)發(fā)光高等研究院主要圍繞聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料在生命健康、環(huán)境保護(hù)、公共安全和能源利用等領(lǐng)域展開應(yīng)用導(dǎo)向的轉(zhuǎn)化研究，打造AIE創(chuàng)新前沿科學(xué)和工程技術(shù)平臺，推動區(qū)域產(chǎn)業(yè)升級和共建高校產(chǎn)學(xué)研用一體化。

8

提出抑制有機(jī)發(fā)光二極管發(fā)光效率滾降的新策略

物理與光電學(xué)院吳宏濱教授課題組在國際著名期刊Nature Photonics (《自然·光子學(xué)》)上發(fā)表題為“超高輻射亮度的近紅外有機(jī)發(fā)光二極管”的研究論文。該論文提出了抑制有機(jī)發(fā)光二極管發(fā)光效率滾降的新策略，通過降低長壽命三重態(tài)激子對單重態(tài)激子的猝滅，將器件在直流和脈沖驅(qū)動下的臨界電流密度分別提高到100 A/cm2和10 kA/cm2量級，實現(xiàn)了亮度達(dá)到地表太陽輻照水平147倍的超高亮度近紅外電致輻射。

9

異質(zhì)Haldane模型

實現(xiàn)魯棒性高通量單向體態(tài)傳輸

物理與光電學(xué)院李志遠(yuǎn)教授團(tuán)隊成果榮獲“2022中國光學(xué)十大進(jìn)展”提名獎（基礎(chǔ)研究類）。

據(jù)介紹，李志遠(yuǎn)教授團(tuán)隊2022年提出異質(zhì)Haldane模型預(yù)測了電子體系中單向體態(tài)的存在，可實現(xiàn)能量的高通量輸運。他們進(jìn)一步將該模型拓展至光子學(xué)領(lǐng)域，在異質(zhì)磁化的緊湊型二維蜂窩晶格磁光光子晶體中實現(xiàn)了電磁波的長距離、大面積、高通量、強(qiáng)魯棒性單向體態(tài)傳輸。該研究工作拓展了人們對拓?fù)湮锵嗟恼J(rèn)識，豐富了拓?fù)湮飸B(tài)調(diào)控的手段，并為開發(fā)高通量、強(qiáng)魯棒性能量輸運材料及結(jié)構(gòu)提供新思路。

如果該模型可以在一些電子材料系統(tǒng)中實現(xiàn)，那么利用強(qiáng)大的拓?fù)湮锢碓?，具有大電流容量的無電阻和無后向散射的導(dǎo)電傳輸線就可能成為現(xiàn)實。這將是繼超導(dǎo)之后，基于拓?fù)湮锢碓淼牡诙N實現(xiàn)無電阻電流傳輸?shù)募夹g(shù)方案，具有潛在的重大科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟(jì)價值。

10

提出利用光聲鑷技術(shù)的

可編程圖案打印方法

2024年4月，物理與光電學(xué)院李志遠(yuǎn)教授團(tuán)隊和合作者提出了名為“空氣中微粒的可編程光聲圖案化方法”（PPAP）。

這種方法利用了光聲效應(yīng)和芯片尺度級別的Lamb波，確實地統(tǒng)合了全息“光鑷”技術(shù)以及聲表面波“聲鑷”技術(shù)的優(yōu)勢，將光學(xué)方法的高空間分辨率、高時間刷新頻率和聲學(xué)方法的高生物適應(yīng)性、高操控能力整合在一起。團(tuán)隊利用可編程光聲圖案化方法，實現(xiàn)了兩種不同類型圖案的排列。

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藍(lán)光激光驅(qū)動近紅外光源器件

輸出功率創(chuàng)最高記錄

2024年初，物理與光電學(xué)院夏志國教授團(tuán)隊在Nature Photonics （《自然·光子學(xué)》）在線發(fā)表了題為“激光驅(qū)動的瓦級寬帶近紅外光源”的研究論文。論文報道了一種組成極為簡單的MgO:Cr3+近紅外熒光透明陶瓷，所制作的藍(lán)光激光驅(qū)動近紅外光源器件輸出功率達(dá)到目前最高紀(jì)錄的6W，并展示了其在遠(yuǎn)距離夜視補(bǔ)光和無損檢測成像等領(lǐng)域的應(yīng)用。

這種全新的激光驅(qū)動大功率近紅外光源在夜視補(bǔ)光、工業(yè)探傷設(shè)備及醫(yī)療器械的無損檢測成像等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。

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鈣鈦礦光伏電池穩(wěn)定性重大突破

環(huán)境與能源學(xué)院嚴(yán)克友教授團(tuán)隊，針對鈣鈦礦電池光熱穩(wěn)定性差的行業(yè)難題，利用綠色配體演變策略，調(diào)控全無機(jī)窄帶隙鈣鈦礦薄膜的成核結(jié)晶，成功制備了全球首個2端全無機(jī)鈣鈦礦疊層電池，85 ℃光熱穩(wěn)定性老化測試表現(xiàn)良好。相關(guān)成果發(fā)表在Nature上。全無機(jī)鈣鈦礦疊層電池的成功構(gòu)建，開創(chuàng)了鈣鈦礦疊層太陽能電池的新賽道，在提高效率的前提下，有望解決有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦疊層太陽能電池光熱穩(wěn)定性差的問題，具有顯著的商業(yè)化應(yīng)用前景。

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較早在國內(nèi)研制出

激光選區(qū)熔化快速成型機(jī)

機(jī)械與汽車工程學(xué)院激光與增材研究中心聚焦關(guān)鍵重大裝備、高性能材料及其成形工藝、高端零部件設(shè)計與應(yīng)用等三大方向，開展激光與增材制造領(lǐng)域戰(zhàn)略性、前瞻性技術(shù)研究，加快解決產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的瓶頸問題，培養(yǎng)高素質(zhì)、專業(yè)化的激光與增材制造技術(shù)專門人才。中心團(tuán)隊較早在國內(nèi)研制出激光選區(qū)熔化（SLM）快速成型機(jī)，實現(xiàn)了金屬零件的直接快速成型制造。

研發(fā)的大尺寸多激光增材制造裝備及其成形的典型零部件

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高光譜成像技術(shù)在

食品領(lǐng)域中處于領(lǐng)先地位

近年來，在歐洲科學(xué)院與愛爾蘭皇家科學(xué)院院士、食品科學(xué)與工程學(xué)院孫大文教授的帶領(lǐng)下，華南理工大學(xué)現(xiàn)代食品工程研究中心聚焦新技術(shù)、新方法、新應(yīng)用在農(nóng)業(yè)工程和食品工程領(lǐng)域的技術(shù)革新，發(fā)展成為中國食品工程領(lǐng)域的領(lǐng)路者。

其中，該中心下設(shè)的智能檢測控制所以高光譜成像、拉曼光譜、近紅外光譜和太赫茲光譜技術(shù)等光譜成像智能感知技術(shù)為研究主體，特別是高光譜成像技術(shù)在食品領(lǐng)域中一直處于領(lǐng)先地位，為高光譜成像技術(shù)在農(nóng)業(yè)/食品領(lǐng)域的應(yīng)用作出了重要貢獻(xiàn)。

15

最早提出“光景學(xué)”概念

“光景作為視覺景觀里一個很特殊的方面，它本身是由光源及光影變化引起的景觀。光景、聲景和香景是人居環(huán)境的三種重要景觀，分別是訴諸于視覺、聽覺和嗅覺的風(fēng)景?！?strong>在國際上，建筑學(xué)院吳碩賢院士最早提出了光景學(xué)概念。

在吳碩賢看來，光景可分為自然光景與人工光景兩大類，也包括兼有二者的光景。古今中外，建筑設(shè)計中對自然光景的運用佳作不勝枚舉。而在近現(xiàn)代，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以LED燈和激光、三維全息投影、激光水幕電影、音樂燈光噴泉以及焰火等為代表的各種新手段、新方法、新技術(shù)層出不窮，為創(chuàng)造各種新的光景提供了無限可能，光景作品也在藝術(shù)領(lǐng)域大放異彩。吳碩賢表示，我們應(yīng)當(dāng)在注意繼承、保護(hù)傳統(tǒng)光景模式的基礎(chǔ)上，利用新的技術(shù)來推陳出新，創(chuàng)造更加美好的人居環(huán)境與景觀。

16

探索“以人為本”的

智慧光環(huán)境構(gòu)建路徑

團(tuán)隊負(fù)責(zé)港科大（廣州）夜景照明設(shè)計項目

亞熱帶建筑與城市科學(xué)全國重點實驗室建筑光學(xué)實驗室長期致力于建筑光環(huán)境與健康照明的研究，聚焦光對人行為、健康與能耗的綜合影響，探索“以人為本”的智慧光環(huán)境構(gòu)建路徑。近年來，團(tuán)隊結(jié)合人工智能與建筑物理技術(shù)，依托計算機(jī)視覺和圖像識別方法，研發(fā)基于非侵入式圖像的室內(nèi)光環(huán)境預(yù)測模型，實現(xiàn)建筑空間光環(huán)境的自動分析與調(diào)控。同時，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析構(gòu)建自適應(yīng)調(diào)光系統(tǒng)，在天然光利用、視覺舒適與節(jié)能優(yōu)化方面取得顯著進(jìn)展。

面向未來，團(tuán)隊進(jìn)一步提出結(jié)合人體位置識別的智能照明控制策略，突破傳統(tǒng)基于顏色變化的感知限制，推動人本照明系統(tǒng)走向更高精度、更強(qiáng)適應(yīng)性的智能化發(fā)展，為建筑光環(huán)境品質(zhì)提升與綠色建筑技術(shù)進(jìn)步提供有力支撐。

實驗室的熒光點亮未知的黑暗

湖畔的夕照溫暖了求索的足跡

在華南理工的校園里

一群追光者始終以科技為筆

在時代的答卷上書寫著光與熱的交響

我們相信

每一位華工人都是一束光

匯集成一起

就變成了熊熊火炬、漫天星河

一起閃耀吧

讓華南理工更加光彩奪目！

若您有更多關(guān)于華工 “光” 的線索
歡迎與我們分享

共同續(xù)寫更多 “光”輝篇章

華南理工大學(xué)　學(xué)生記者團(tuán)

信息來源： 發(fā)光材料與器件全國重點實驗室 相關(guān)學(xué)院、實驗室、團(tuán)隊 科學(xué)技術(shù)研究院

文：劉伊維 朱子圓 姚紀(jì)曈

微信編輯：鮑恩 牛欣妍 黃明華

初審：鮑恩

二審：盧慶雷

終審：鄒浩

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