新型稀土磁、光功能材料的基础科学问题

项目名称： 新型稀土磁、光功能材料的基础科学问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 首席科学家： 严纯华 北京大学 起止年限： 2006.1至2010.12 依托部门： 教育部 一、研究 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 1、拟解决的关键科学问题 揭示典型化合物(金属间化合物、氧族化合物、分子固体及其杂化材料等)在不同凝聚态(体相、介观和分子状态等)中稀土元素4f亚层电子本身的运动规律、4f电子与过渡金属和主族元素d, p, s电子间的相互作用及其与结构及相变的关系。 (1) 在稀土-过渡金属化合物的室温磁熵变材料研究中，揭示磁相变和结构相变之间、磁相变性质(一级、二级)和磁热效应间的相关性，揭示磁性能与弹性能(伴随晶格膨胀、畸变)之间的竞争、自旋密度涨落、电子结构等与相变性质之间的关系，揭示一级磁相变和多重磁相变的特征和形成机制及其与巡游电子变磁转变之间的关系，以及分离晶格熵、电子熵和磁熵对磁热效应的影响，阐明磁熵变的机理和获得巨大磁热效应的途径； (2) 充分利用分子固体体系易于进行组成和结构调变的优势，发现新的基于“原子磁体”、“单分子磁体”和“单链磁体”的宏观量子现象，通过量子化学计算阐明其物理根源，为开发新的磁性分子材料和器件提供依据； (3) 在稀土分子固体及其杂化体系的光学性质研究中，通过配位环境的设计、控制和无机/有机杂化等方式，着重解决稀土配合物在特殊条件下（高真空、高场强、激发态）的稳定性难题；发展新的相对论含时密度泛函 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 和程序，通过理论计算阐明稀土离子在不同配位环境下不同波段中（紫外、可见、红外）的4f-4f的运动规律及其在显示器件、光传导和光放大中的能量传递机理，为新型信息显示和传输器件的开发提供依据； (4) 探索新型稀土金属间化合物、稀土固体化合物、稀土分子基化合物及其杂化材料的控制合成方法，在多尺度上揭示其结构、织构、表面和界面等与宏观磁学和光学性质的关联和规律，从而指导高性能稀土磁学、光学功能材料的合成及原理器件的制备。 2、主要研究内容 针对上述拟解决的关键科学问题，本项目将围绕稀土磁性、光学功能材料的控制合成、组成、结构调变及其与材料性能的关系开展系统研究，旨在揭示稀土元素在相关材料中的特殊作用及其规律，深化对材料构效关系物理本质的认识，探索和建立新材料的合成和制备方法。主要研究对象将包括稀土-过渡族金属间化合物、稀土氧化物/复合氧化物和稀土分子固体及其杂化体系三种最具典型意义的材料体系。 在磁性材料研究中，将重点研究4f-3d电子在稀土-过渡族金属间化合物、稀土分子固体体系中的作用机理和规律，以及相应的室温巨磁熵变、分子磁体和相关复合功能材料，主要研究内容如下： (1) 基于前期“973”项目研究中在稀土-铁/锰基化合物体系所发现的优异巨磁熵变效应，将系统研究稀土-过渡族金属间化合物的合成方法和新体系，揭示巨磁熵变与磁热效应的物理机理，重点研究磁相变和结构相变之间的关系，磁相变性质和磁热效应之间的关系，磁性能与弹性能之间的竞争、自旋密度涨落、电子结构等和相变性质之间的关系，一级磁相变和多重磁相变的特征、形成机制及其与巡游电子变磁转变之间的关系，分离晶格熵、电子熵和磁熵对磁热效应的影响，结合理论计算进而阐明磁熵变的机理和获得巨大磁热效应的途径，解决材料制备、稳定和应用中的关键科学问题； (2) 研究稀土分子固体材料中的磁作用机理，结合配位场理论、量子化学计算和磁性量子理论，研究和揭示磁作用中旋轨耦合的贡献；研究稀土分子固体材料中的磁有序，重点研究含Sm3+和Eu2+的磁分子材料，进行各向异性的磁性质研究，结合中子衍射的研究和理论分析，阐明磁各向异性的贡献与方式；研究稀土分子固体材料中的磁驰豫，重点研究化学隔离的某些稀土离子磁驰豫的温度和磁场依赖性，发现新的基于“原子磁体”、“单分子磁体”和“单链磁体”的宏观量子现象，结合量子化学计算来研究和阐明其物理根源；研究复合功能稀土分子固体材料，重点研究光激发的电荷转移引起的磁性质的变化及机理。 在光学材料研究中，将充分利用稀土离子4f电子所特有的跃迁和发光行为，研究4f电子在分子固体及其杂化体系中的运动规律、影响因素和传能机制，研究稀土分子固体及其杂化体系的电致发光和红外光放大材料，解决材料的稳定性难题，发展新的相对论含时密度泛函方法和程序，阐明能量传递机理，为相关原理性器件的优化和制备提供科学依据。主要工作内容如下： (1) 基于前期“973”项目研究中在稀土分子固体材料所发现的高效率、高色纯度的电致发光效应，通过对发光分子及其与电子和空穴分子间的能量匹配计算和传递机理分析，系统筛选和优化发光分子中的配位基团，使之既与稀土离子稳定地配位和传递能量、又能与电子和空穴传导层具有良好的界面亲合和能量匹配，从而优化分子设计和器件结构，克服目前所面临的材料和器件稳定性不高的缺点，为开发新型高效、高性能和高稳定性的稀土配合物电致发光材料及器件提供技术支撑； (2) 探索和制备一系列新型的、不同组成(Er3+, Pr3+, Nd3+, Yb3+, Tm3+)的笼状、环状的稀土配合物，并与相应的高分子材料和不同孔径的硅胶复合制成杂化的稀土/高分子光波导放大材料；研究声子能量、掺杂离子间相互作用系数与发光效率、材料组分与后处理条件的关系，调控稀土离子的配位状态和引入“天线”(Antenna)基团提高发光效率，消除OH(基团所引起的能量损耗和荧光猝灭；研究光放大材料激发态寿命和稀土离子之间能量传递的关系，以期获得光增益大、泵浦效益高的光波导放大材料及制备方法，获得制备/评价多组元复杂稀土配合物光放大材料的最佳方法。 针对稀土化合物在介观尺度上初露端倪的特殊磁性、光学等性质，本项目拟在前期“973”项目研究基础上系统开展介观尺度稀土功能材料的研究。主要研究内容为：充分利用溶液化学反应条件温和、组成易调变、可控制易操作、放大等优点，发展具有可控形貌、尺寸、界面、织构和孔道的介观稀土功能化合物材料的控制合成方法，揭示镧系收缩效应和变价稀土元素对化学均匀性、结构和微结构、缺陷态、织构、表面和界面的作用机制和对材料性能的影响规律；探索和发现介观尺度下电子、离子、光子等运动、输运和耦合机制，晶格失配和扭曲，缺陷和位错的形成和控制，表面缺陷的消除和利用，表面和界面的修饰，以及自组织超结构等方面所产生的新的物理现象；同时采用理论计算和模拟办法提高和深化对所获规律的认识，以期发现介观稀土功能化合物材料的新性质和新应用。 二、预期目标 1、总体目标 本项目将针对我国稀土高技术产业发展的需求，系统研究室温巨磁熵变材料、分子基磁性材料、无机/有机杂化体系光学材料、介观尺度稀土化合物材料中的重大基础科学问题，揭示稀土元素在相关材料中的特殊作用及其规律，探索和发现新材料的合成和制备方法，取得一批具有国际领先水平、明确应用前景和独创性的基础研究成果和中国产权的重大关键技术，从而为国家的重大稀土应用决策提供科学依据，为我国稀土工业由冶炼加工产业向高技术功能材料产业的转型提供科学和技术支撑。 培养一支学风严谨、团结合作、敢于创新，潜心从事稀土功能材料科学和技术研究的学术团队，建立相关材料研究的多学科融合、交叉的研究基地和技术平台，在国际相关领域的重要学术刊物系统发表高水平研究 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 并产生重要影响。 2、五年预期目标 (1) 在稀土磁性功能材料研究中，通过研究稀土-过渡族金属间化合物的晶体结构、磁结构、交换作用和磁晶各向异性，磁性相变、磁熵变，以及磁体积效应，获得具有自主知识产权的新型室温大磁熵变材料，其磁热效应达到或超过目前国际上的最好水平；发展稀土磁性分子固体材料的合成与制备方法，研究和揭示稀土磁分子固体材料的分子/晶体结构、电子结构，特别是单离子各向异性和/或不对称相互作用与磁相关性能之间的关系，指导设计单分子或单链磁体、光-磁、电-磁双功能材料，为分子电子学提供新的材料基础和新器件原理或原型。在理论研究的基础上，设计合成出有序温度高于30K的稀土分子磁体，含稀土单分子或单链磁体和具有双功能性的稀土分子磁体；建立稀土-过渡族金属间化合物磁熵变和分子固体磁性材料的物理模型和理论计算方法，为相关材料的研究和开发提供理论依据。 五年内申报专利15项；每年发表论文30篇以上，其中至少有5篇文章发表在影响因子为3或以上的杂志上；每年培养优秀博士研究生和博士后10名以上，五年内争取培养出2-3名全国优秀博士论文获得者。 (2) 在稀土光学功能材料研究中，研制出高效、色纯、工作寿命长的电致发光材料及器件，使基于铕配合物的红色发光材料和基于铽配合物的绿光发光材料达到实用化水平，并进一步开发基于钕、铒、镨、镱等配合物的红外光致发光和电致发光材料，在本领域保持国际领先水平；获得有机/无机互穿网络及活性组份的化学键型对光放大材料性能的影响规律，提出材料设计方法；研制出1-2种具有我国自主知识产权的高效红外光放大薄膜材料，使其稀土离子间相互作用的上转换系数小于10(19/cm3(s，达到国际同类材料的最高水平；获得1-2项在光通信(稀土光波导有源器件)中抗热冲击性能好、化学均匀性和稳定性好、加工性能优越、发光效率高的光放大材料，在短距离传导中达到掺铒玻璃光波导放大材料的性能水平；建立分子固体发光材料中稀土离子的电子跃迁和能量传递模型及计算方法，包括高能态激发的4fn(15d组态的基础研究，为相关材料的研究和开发提供理论依据。 五年内申报专利10项；每年发表论文20篇以上，其中至少有5篇文章发表在影响因子为3或以上的杂志上；每年培养优秀博士研究生和博士后6名以上，五年内争取培养出1-2名全国优秀博士论文获得者。 (3) 在介观稀土化合物材料研究中，获得具有特定结构和微结构(尺寸、形貌、相态、缺陷态、界面和织构)的介观材料的控制合成方法和工艺；阐明镧系收缩和变价对介观尺度稀土功能氧化物的结构和微结构的影响规律；揭示表面结构、维度、尺寸等对电子跃迁、磁耦合行为的影响；发现影响介观尺度稀土材料性质的主要因素及解决途径，为新型实用介观稀土功能材料的研究开发提供指导。 五年内申报专利5项以上；每年发表论文15篇以上，其中至少有6篇文章发表在影响因子为3或以上的杂志上；每年培养优秀博士研究生和博士后3名以上，五年内争取培养出1名全国优秀博士论文获得者。 三、研究方案 1、总体研究思路和技术路线 本项目将围绕稀土磁性、光学功能材料中的控制合成、组成和结构调变及其与材料性能的关系开展系统研究，探索具有相关功能的新体系、新结构和新物相及其控制合成方法，应用和发展包括能带结构计算、微磁学研究、磁性量子理论、量子化学计算、配位场理论、激发态光谱计算，以及材料模拟计算等方法，揭示稀土元素在其中的特殊作用及其规律，深化对稀土元素4f电子及其运动规律的认识，探索和发现相关体系构效关系的物理本质，达到指导新型稀土磁性、光学功能材料的设计和合成、相应材料及原理器件的制备的目的。 本项目的主要研究对象包括稀土-过渡族金属间化合物、稀土氧族化合物和稀土分子固体及其杂化体系三类最具典型意义的材料体系。研究中将基于已有实验现象，初步设计相应的材料体系，从合成和制备具有特定组成、结构、尺寸、形貌、织构、表面和界面特征的化合物及原理器件入手，通过相关磁学、光学等性能表征，筛选和优化材料体系，并从理论计算和模拟上研究4f电子在不同能态、不同结构层次上的运动规律和与其它电子的相互作用，以及所导致的相关性能变化，从而提升对实验现象的物理本质的理解和认识。就磁学材料而言，将重点研究4f(3d电子在稀土-过渡族金属间化合物和稀土分子固体体系中的作用机理和影响规律，以及相应的磁熵变、磁性及其复合功能材料；就光学材料而言，将充分利用稀土离子4f电子所特有的跃迁和发光行为，研究4f电子在分子固体及其杂化体系中的运动规律和影响因素，解决稀土分子固体在特殊条件下的稳定性难题，提高能量转化效率，获得稀土分子固体体系的可见及红外电致发光和红外光放大材料，为相关原理性器件的优化和制备提供依据。此外，由于上述功能体系大多涉及材料尺寸、形貌、微结构、织构、表面和界面对其性能的影响，针对当材料进入介观尺度时已露端倪的新现象和新性质，研究中还将系统开展介观尺度下材料的制备和性能研究，从而呼应上述稀土磁性和光学材料的研究，丰富相关材料的制备方法，开拓新的稀土功能材料体系。 总之，本项目将在前期“973”项目等基础研究的基础上，充分发掘稀土本征特性，深化对稀土元素在磁性、光学功能材料中特殊贡献的认识，弄清稀土在金属间化合物、氧族化合物、分子固体及其与高分子杂化材料中对相应磁性、光学性质的作用机理和规律，掌握相关功能材料在介观结构时的性能变化，为室温巨磁熵变和分子磁性材料，以及电致发光和红外光放大材料等体系的研究和开发提供实验和理论依据。 2、项目研究的可行性 本项目针对我国丰富而又亟待提高附加值的稀土资源的利用问题，面向稀土产业必须向功能材料产业跨越的国家需求，选取具有自己研究特色和深厚积累的稀土-铁基室温巨大磁熵变、稀土-过渡金属分子磁性材料、稀土分子固体及其杂化材料体系和介观稀土化合物为对象，开展系统深入的理论和实验研究工作，为相关材料的开发和工程化提供科学保障，具有明确的研究目标和先进的实施方案。 本项目所组织的研究团队及其研究骨干皆有多年从事相关领域基础研究的经验，又大多经过了包括“八五”、“九五”国家自然科学基金重大研究项目、国家科技部“攀登项目”和前期“973”项目等一系列重大基础研究的历练和磨合，体现了老中青相结合、以中青年为骨干，学科融合和互助的团队特色，代表了我国在相关研究中的水平，并在国际上已有一定的影响。 拟开展的研究工作内容和技术路线适应于当前稀土功能材料研究的发展趋势，关键研究思想既提炼于前期“973”等项目研究中所获的新现象和新结果，又经过了进一步的凝练和详实的论证，同时又注意了与材料的应用技术和工程化的衔接，研究工作的发展空间较大；团队所在的研究基地具有良好的学术氛围和技术支撑条件，研究所需的基本实验条件、理论工具完备，特别是在教育部“211”、“985”项目和中科院“知识创新”项目的支持下，主要表征手段基本可以满足本项目的研究所需。 总之，本项目在主要研究思想、技术路线和实施条件等方面已作了较好的准备，可以全面完成项目的研究工作内容、达到预期研究目标。 3、创新点与特色 (1) 在磁性材料研究中，紧紧围绕稀土与过渡金属的4f-3d电子相互作用和耦合这一基本主线，以具有我国自主知识产权的稀土-铁基室温巨大磁熵变新材料体系为突破口，并将体系拓展到磁电性质更为丰富的稀土-锰基金属间化合物体系，同时充分利用分子固体在组成及稀土离子和过渡族离子间距离和耦合易于调控的特点，将合金、氧化物和分子体系作为一个相关的整体加以研究，从而较为完整、立体的体现稀土元素在磁性功能材料中的特殊作用和贡献，这是本项目在研究思想和项目组织上的一个主要特色和创新点； (2) 在光学材料研究中，以研究4f电子在具有典型性和代表性的分子固体及其与高分子的杂化材料及相关化合物等不同基质材料中的跃迁和传能规律为主线，面向信息高性能显示和红外光放大及传输对新材料及器件的需求，采用多功能配体、杂化和复合来弥补分子固体在传能效率和稳定性方面的不足，这是本项目研究和组织方面的另一创新和显著特色； (3) 稀土材料的光、磁特性与其丰富的低激发态密切相关，这对量子化学是一个极大的挑战，目前尚无很好的方法和软件可以利用。本课题拟发展和完善的相对论含时密度泛函高效计算方法和程序在理论上是一重要创新； (4) 此外，注重理论与实验的结合和互动，针对不同功能对稀土元素的变价及其导致的缺陷、结构和晶格对称性、表面和界面的特殊需求，充分利用介观尺度下稀土化合物易于进行结构调变和表面修饰特性，系统研究和发掘介观尺度下稀土磁性、光学功能材料的新效应和新性质，并与上述体相材料、复合和杂化材料的研究相互呼应，形成研究整体，这是本项目在研究和组织上的又一创新和特色。 当然，针对我国丰富而具特色的稀土资源，在我国稀土工业亟待向高技术功能材料产业转型之际，抓住稀土元素最具特色、且在我国已有良好积累的磁性和光学材料作为主攻方向，这本身也体现了国家的重大产业发展需求，适应于科技部指南的宗要，也是本项目的特色之一。 4、课题设置及相互关系、课题研究目标与项目总目标的关系 根据项目的主要研究内容和目标，针对拟解决的关键科学问题和稀土高技术功能材料产业的发展需求，考虑与国家在“973”、“863”等项目中已启动的稀土功能材料相关研究布局的补充和衔接，本项目以最能体现稀土元素本征性质的磁性、光学材料作为主攻方向，选取既具代表性、又可能产生突破的稀土-过渡族金属间化合物室温巨磁熵变材料、稀土分子磁性材料、稀土分子固体及其杂化发光材料和介观稀土功能材料体系为研究对象，设置4个既有侧重、又相互关联的课题开展研究。各课题间既能以稀土4f电子在不同凝聚态体系运动规律为共同的基本科学问题，又能针对新型稀土磁、光功能材料在制备方法、结构控制、构效关系等方面具有共性的重要理论和实验问题，从而形成了一个在理论方法上有共性、在实验技术上可相互借鉴、在研究对象和功能性质上各有特色的研究整体。 正因为所设课题的拟解决关键科学问题具有共性，研究方法又可相互借鉴，因此各课题的研究目标既有关联，又符合本项目在所述磁、光功能材料的研究目标。在具体实施过程中，各课题的年度目标也相互呼应，符合本项目在五年研究中所需达到的理论研究、实验探索和人才培养等方面的目标 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 ，能够体现国家的需求。 课题1：稀土-过渡族金属间化合物的室温巨磁熵变研究 (1) 主要研究内容 1-1. 合成具有大磁熵变、磁相变温度连续可调的稀土-Fe/Mn基金属间化合物，掌握制备稀土-过渡室温巨磁熵变才材料的关键技术和方法，研究制备工艺条件及替代和间隙原子对结构、磁性和磁熵变的影响，获得低场、高响应室温巨磁熵变材料。 2-2. 研究结构相变、磁相变和电子相变之间的关系，相变性质与磁热效应的关系、对熵变的温度关系、外场敏感性的影响，多重相变对磁熵变和绝热温度变化的影响；研究宏观物性与微观电子结构间的关系，探讨多机制竞争下熵变的多方式控制问题和外场灵敏度问题。 2-3. 研究材料的铁磁性、反铁磁性及自旋玻璃行为及其与磁熵变的关系；研究晶格负热膨胀和巡游电子变磁转变等及其与磁熵变的关系，影响比热大小的因素等，研究具有一级磁相变的磁制冷材料发生热滞后、磁滞后的原因，探索克服和改善材料的磁/热滞后的方法进而大磁熵变材料作为磁致冷工质应用的可能性。 (2) 研究目标 通过研究稀土-过渡族金属间化合物的晶体结构、磁结构、交换作用和磁晶各向异性，磁性相变、磁熵变以及磁体积效应，发现新型室温大磁熵变材料等稀土磁性功能材料。所获得的具有自主知识产权新材料的磁热效应达到或超过目前国际上最好水平。 承担单位： 中国科学院物理研究所、北京科技大学 课题负责人： 沈保根研究员 主要学术骨干：梁敬魁院士、饶光辉研究员、孙继荣研究员、张宏伟副研究员、 赵同云副研究员、龙毅教授 经费比例： 32% 课题2：稀土分子固体材料的磁性研究 (1) 主要研究内容 2-1. 稀土分子固体材料中的磁作用机理。在研究含Gd分子的基础上，合成分别含Sm3+, Tb3+, Dy3+, Ho3+和Eu2+等离子的简单同/异双核或多核分子体系，结合配位场理论、量子化学计算，研究和揭示f-f, f-d作用中旋轨耦合对磁性的贡献。 2-2. 稀土分子固体材料中的磁有序。重点研究含Sm3+和Eu2+的磁分子材料，选择短的桥连配体如氰根，合成Sm(III)-Mn(III)基分子磁体的单晶，进行各向异性的磁性质测量，结合中子衍射的研究和理论分析，阐明磁各向异性的贡献与方式；充分利用低价态Eu(II)大的磁矩，探索合成新的含低价态Eu(II)的分子磁性材料。 2-3. 稀土分子固体材料中的磁驰豫。重点研究化学隔离的某些稀土离子如Nd3+, Tb3+, Dy3+, Ho3+磁驰豫的温度和磁场依赖性，发现新的基于“原子磁体”以及“单分子磁体”和“单链磁体”的宏观量子现象，并结合理论计算研究和阐明其物理根源。 2-4. 复合功能稀土分子固体材料。选择某些共轭小分子桥连的稀土分子体系，研究光激发的电荷转移引起的磁性质的变化及机理；利用分子化学的方法，制备窄粒径分布的EuS纳米颗粒的溶胶和粉体，研究其磁团簇玻璃行为、发光行为以及磁输运行为。 (2) 研究目标 发展稀土磁性分子固体材料的合成与制备方法；研究和揭示稀土磁分子固体材料的分子/晶体结构、电子结构，特别是单离子各向异性和/或与不对称相互作用与磁相关性能之间的关系；以此为指导设计合成新型磁分子固体材料，特别是单分子或单链磁体、光-磁、电-磁双功能材料，为分子电子学提供材料基础和新器件原理或原型，使我国在本领域的国际竞争中产生重要影响。 承担单位： 北京大学，中国科学院研究生院 课题负责人： 高松教授 主要学术骨干：陈志达教授、苏刚教授 经费比例： 16% 课题3：稀土分子固体及其杂化材料的光功能材料研究 (1) 主要研究内容 3-1. 发展新的相对论含时密度泛函理论方法与程序，将理论计算与实验探索相结合，掌握分子结构与发光性质间的基本规律，以材料的分子设计为依据，将功能基团引入配体，提高能量传递效率和发光分子在高真空下，高场强中的稳定性；研究发光分子与电子和空穴传导层间界面调控方法，从理论上研究界面之间的浸润、相互作用及接触势垒等物理和化学问题，在提高器件效率的前提下提高器件的稳定性；利用稳态和瞬态荧光光谱及闪光光解等技术深入研究材料的激发过程、退化机制等，建立稀土电致发光材料及器件中的载流子的传输、复合、能量转移的理论模型，为提高器件的稳定性提供理论依据。 3-2. 探索和制备一系列新型的、不同组成(Er3+, Pr3+, Nd3+, Yb3+, Tm3+)的笼状、环状的稀土配合物，并与相应的高分子材料和不同孔径的硅胶复合制成杂化的稀土/高分子光波导放大材料；研究声子能量、掺杂离子间相互作用系数、材料组分与发光效率的关系，调控稀土离子的配体和配位状态，引入“天线”(Antenna)基团提高发光效率，消除OH(基团所引起的能量损耗和荧光猝灭，改善材料的综合发光性能；研究基质和杂化材料中稀土离子激发态相互作用效应，以及掺杂浓度对红外发光效率的影响。据此，设计最佳掺杂浓度和最佳组份的稀土/高分子高效红外发光材料。以不同孔径的硅胶作为基质，掺杂稀土有机配合物并将其溶到相应的高分子聚合物中，制备出发光性能良好的稀土硅胶高分子纳米复合光放大材料，研究材料的孔径、纳米结构、纳米粒径的尺寸对发光性能的影响及规律；优化平面光波导器件的结构，提高稀土离子光增益效应；研究光放大材料激发态寿命和稀土离子之间能量传递的关系，以期获得光增益大、泵浦效益高的光波导放大材料及制备方法，获得制备/评价多组元复杂稀土配合物光放大材料的最佳方法。 (2) 研究目标 研制出高效、色纯、工作寿命长的电致发光材料及器件，使基于铕配合物的红色发光材料和基于铽配合物的绿光发光材料达到实用化最好水平，在本领域继续保持国际领先水平。研究解决有机/无机互穿网络与活性组份各种化学键(共价或非共价的)类型，研究结构和键型对光放大材料性能的影响，为材料的设计和预测提供科学依据；研制出1-2种具有我国自主知识产权的高效红外光放大薄膜材料，使稀土红外发光薄膜中的稀土离子间相互作用上转换系数小于10-19/cm3(s，达到目前国际最好水平；获得1-2种在光通信(稀土光波导有源器件)中抗热冲击性能好、化学稳定性和均匀性好，加工性能高、发光效率高的光放大材料及器件，其短距离传导中达到达到掺铒玻璃光波导放大材料的性能水平；发展出一套成熟的f-元素体系激发态计算方法和程序，建立分子固体发光材料中稀土离子的电子跃迁和能量传递模型及计算方法，包括高能态激发的4fn(15d组态的基础研究，为相关材料的研究和开发提供理论依据。 承担单位： 中科院长春应化所、北京大学 课题负责人： 张洪杰研究员 主要学术骨干：黄春辉院士、刘文剑教授、梁洪泽研究员、李换荣副研究员、 卞祖强博士 经费比例： 27% 课题4：介观尺度稀土功能化合物材料的基础研究 (1) 主要研究内容 充分利用溶液化学反应条件温和、组成易调变、可控制易操作、放大等优点，发展具有可控形貌、尺寸、界面、织构和孔道的介观稀土功能氧族化物材料的控制合成方法和工艺，揭示镧系收缩效应和变价稀土元素(Ce, Eu, Tb等)在介观尺度下对化学均匀性、结构和微结构、价态浮动、缺陷态、织构、表面和界面的作用机制和对材料性能的影响规律；探索和发现介观尺度下电子跃迁、电荷迁移、输运和耦合机制，晶格失配和扭曲，缺陷和位错的形成和控制，表面缺陷的消除和利用，表面和界面的修饰，以及自组织超结构等方面所产生的新的物理现象；同时采用理论计算和模拟办法提高和深化对所获规律的认识，以期发现介观稀土功能氧化物材料的新性质和新应用。 (2) 研究目标 获得具有特定结构和微结构(尺寸、形貌、相态、缺陷态、界面和织构)的稀土氧化物介观材料的控制合成方法和工艺；阐明镧系收缩和变价对介观尺度稀土功能氧化物的结构和微结构的影响规律；揭示表面结构、维度、尺寸等对电子跃迁、磁耦合行为的影响；发现影响介观尺度稀土氧化物材料性质的主要因素及解决途径，为新型实用介观尺度稀土氧族化合物功能材料的研究开发提供指导。 承担单位： 北京大学、中科院长春光机与物理研究所 课题负责人： 严纯华教授 主要学术骨干：黎乐民院士、张家骅研究员、庄卫东教授、孙聆东副教授、 张亚文副教授 经费比例： 20%+5% (其中5%为首席科学家掌握的机动经费) 四、年度计划 研究内容 预期目标 第 一 年 利用物理和化学的多种手段，着重开展相关金属间化合物、分子固体及其杂化复合物和介观化合物的控制合成方法研究，发现新的化合物体系及其结构演化和相变规律，针对磁性、光学性质的开发需求，建立相关的结构、表面、织构、性能表征技术和方法，研究构效关系及规律，探索性能提高的基本方法；开展相关功能的机理研究，尝试建立相关的理论研究方法。 在相关功能材料体系获得数种控制合成方法，发现几种有重要深入研究价值的金属间化合物、分子固体及其复合物和介观稀土化合物材料，建立相应的表征技术。 在国际刊物上发表研究论文50篇以上，且至少15(20篇文章发表在影响因子为3以上的杂志上。 第 二 年 继续深入开展相关功能稀土材料的控制合成研究，全面开展材料性质的表征和规律性研究，同时开展材料结构和性能的理论模拟和构效关系研究，为发现新型室温磁熵变材料、具有新颖磁现象和磁性分子固体材料、在可见和近红外光区具有高效发光的杂化材料及原理器件，以及具有光学功能的介观稀土材料建立研究基础。 发现数种相关功能稀土化合物的合成方法设计和关键制备技术，通过结构、表面和性质表征，初步掌握它们的构效关系和机理，为后续开展的全面、深入研究奠定基础。 在国际刊物上发表研究论文50篇以上，且至少15(20篇文章发表在影响因子为3以上的杂志上。对具有重要应用潜力的材料体系和制备方法申请专利。 第 三 年 充分利用业已建立的控制合成、表征方法和技术，以及理论分析方法，系统地对前两年所获得的有价值体系开展深入的机理研究和理论解释，从而发现材料性能演变和控制规律，指导后续新材料的开发，为新型材料的设计及应用提供优化途径。同时，拓宽对材料性能的探索，为发现新型复合功能材料创造条件。 获得数种具有明显应用潜力的室温磁熵变材料和光学材料体系，初步建立分子体系磁性机理研究的理论方法，拓展介观材料在包括磁性、生物荧光标记和催化等领域的应用。 在国际刊物上发表研究论文50篇以上，且至少15(20篇文章发表在影响因子为3以上的杂志上。对具有重要应用潜力的材料体系和制备方法申请专利。 第 四 年 系统开展磁、光等性质的测定，深入了解不同稀土功能材料的结构和功能，开始相应原理器件和样机的研究；初步建立相关功能材料的理论分析方法，深化对所获得规律的认识，从而为其它稀土功能材料的研究提供理论指导。 基本建立相关稀土功能材料的构效关系模型和机理解释方法，深化稀土本征性质对材料的影响规律的认识，为相关功能材料及原理器件的开发提供依据。 系统发表有影响的研究结果，在国际同类研究中处于前列。培养数名高水平的研究人才，为这一领域的发展提供保证。 第 五 年 在前四年研究基础上，系统总结研究发现，基本建立对室温磁制冷、分子固体及其复合物的磁性和发光性质、介观稀土功能材料的设计、模拟和性能机理研究方法，实现该类材料的控制合成，为探索稀土功能材料的新性质和新应用提供依据。 在本领域形成研究优势和国际影响，在磁、光功能材料研究中形成具有特色的研究队伍，并为我国稀土功能材料产业的发展提供4(6种可供开发的材料体系。