這些材料領域的村上春樹，你知道嗎…

自2006年獲得有“諾貝爾文學獎前奏”之稱的弗朗茨·卡夫卡獎之后，每年的諾貝爾文學獎，日本作家村上春樹都是大熱的候選人，可惜年年落選。

這是一份毒雞湯，我們來嘮嘮材料研究領域有哪些科學家分明做出了諾獎級別的工作，卻沒有得諾獎。由于篇幅有限，如果在你的研究領域也存在這樣的大家，歡迎各位在評論區補充，我們一起來為他的陪跑事業吶喊加油~

Philip Kim與石墨烯

最近一段時間，石墨烯的風頭很猛。這位曾經的當紅炸子雞成功打敗其他二維材料的兄弟姐妹，重新回到了科學界的目光中。似乎兩層、三層、四層...的石墨烯隨隨便便轉個圈就好幾篇Nature&Science發到尖叫。給我一種錯覺：科學界還欠石墨烯一座諾貝爾獎杯。

大家都知道，2010年英國的Andre Geim和Konstantin Novoselov師徒拿走了當年的諾獎；但是，大多數人不知道有個韓國人也做出了類似的工作，也是石墨烯研究領域的先鋒人物，卻與諾獎失之交臂。這個韓國人就是哈佛大學的Philip Kim。

Andre Geim對Philip Kim的評價是：He made an important contribution and I would gladly have shared the prize with him。

Philip Kim的研究領域側重于對傳輸現象的介觀研究，尤其是低維納米級材料的電、熱和熱電性質。這些材料包括碳納米管、有機和無機納米線、二維介觀單晶和單個有機分子。

1.Nature：石墨烯中的量子霍爾效應和貝里相的實驗觀察

當電子被限制在二維（2D）材料中時，可以觀察到量子增強的傳輸現象，如量子霍爾效應（QHE）所示。石墨烯是石墨的一個隔離的單原子層，是此類2D系統的理想實現。但是，人們期望它的行為與傳統半導體界面中經過充分研究的量子阱情況大不相同。這種差異源于石墨烯的獨特電子性能，石墨烯在電荷中性點附近表現出電子空穴簡并性和載流子質量消失。從理論上可以預測到一個獨特的半整數QHE，以及電子波函數的非零貝里相位的存在，這是石墨烯能帶結構異常拓撲的結果。石墨結構的微機械提取和制造技術的最新進展現在允許通過實驗探測這種奇異的二維電子系統。Philip Kim報道了在石墨烯的高遷移率單層中磁運輸的實驗研究。利用電場效應調節化學勢，作者觀察到石墨烯中電子和空穴載流子的異常半整數QHE。磁振蕩證實了貝里相與這些實驗的相關性。除了純粹的科學興趣外，這些不尋常的量子傳輸現象還表明碳基新型電子和磁電子器件的應用。

文獻鏈接：

Experimental observation of the quantum Hall effect and Berry's phase in graphene.

(Nature, 2005, DOI:10.1038/nature04235)

2.Nature：可拉伸透明電極石墨烯薄膜的大規模圖案生長

與石墨烯的大規模圖案生長相關的問題構成在設備應用中使用這種材料的主要障礙之一。最近，通過二維組裝化學衍生自石墨晶體和氧化石墨烯的石墨烯片來制備宏觀尺寸的石墨烯膜。然而，發現這些膜的薄層電阻遠大于理論上的預期值。Philip Kim報道了使用化學氣相沉積法在薄鎳層上直接合成大規模石墨烯薄膜的方法，并提出了兩種不同的方法來對薄膜進行構圖并將其轉移到任意襯底上。轉移的石墨烯薄膜顯示出非常低的薄層電阻，光學透明度為80％。在低溫下，轉移到二氧化硅襯底上的單層電子遷移率大于3700 cm2/V/s，并表現出半整數量子霍爾效應，這意味著通過化學氣相沉積法生長的石墨烯的質量與機械裂解的石墨烯一樣高。利用石墨烯的出色機械性能，作者還演示了這些高導電性和透明電極在柔性，可拉伸，可折疊電子產品中的宏觀應用。

文獻鏈接：

Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparent electrodes.

(Nature, 2009, DOI:10.1038/nature07719)

飯島澄男與碳納米管

1985年，來自英國的哈羅德·克羅托和美國的理查德·斯莫利在Nature上報道了富勒烯的發現，全世界沸騰。而其實，日本的飯島澄男在之前的實驗中已經觀察到了富勒烯。1991年，飯島澄男在處理一些碳材料的時候，發現了一些中空的管子。同年，飯島澄男通過Nature向世界展示了這些中空的管狀納米結構，他也因此成為了“碳納米管之父”。那篇Nature上的文章已經被引用5w+次。

同為碳材料的富勒烯和石墨烯相繼獲得了諾貝爾獎，而一直呼聲很高的碳納米管卻在一次又一次陪跑中失望。

1.Nature：1納米直徑的單殼碳納米管

碳納米管具有多種特性。開管中的毛細管現象已經得到證明，而有關其電子結構和機械強度的預測仍有待檢驗。為了檢查這些結構的特性，需要具有明確形態，長度，厚度和許多同心殼的管。但是正常的碳弧合成會產生多種類型的管。特別是，大多數計算都與單殼管有關，而碳弧合成幾乎可以生產多殼管。飯島澄男報道了直徑約一納米的豐富的單殼管的合成。盡管在碳陰極上形成了多殼納米管，但這些單殼管卻在氣相中生長。來自單個管的電子衍射使我們能夠確認先前推導的用于多殼管的碳六邊形的螺旋排列。

文獻鏈接：

Single-shell carbon nanotubes of 1-nm diameter.

(Nature, 1993, DOI:10.1038/363603a0)

2.Nature：石墨碳螺旋微管

以C60和富勒烯形式存在的分子碳結構的合成引起了人們對石墨碳結構的濃厚興趣。飯島澄男報道了一種由針狀管組成的新型有限碳結構的制備。使用類似于用于富勒烯合成的電弧放電蒸發方法生產的針狀針在用于電弧放電的電極的負極端生長。電子顯微鏡顯示，每個針包括同軸的石墨片管，其數量范圍為2到大約50。在每個管上，碳原子六邊形圍繞針軸以螺旋方式排列。單個針頭內的螺距在針與針之間以及管與管之間都不同。看來這種螺旋結構可以輔助生長過程。這些針的形成，直徑從幾納米到幾十納米不等，表明碳結構的工程化應該可以在比與富勒烯有關的規模大得多的規模上進行。

文獻鏈接：

Helical microtubules of graphitic carbon.

(Nature, 1991, DOI:10.1038/354056a0)

鄧青云&OLED

1979年，在柯達公司工作的鄧青云在實驗室發現有一塊有機蓄電池在發光。這個發現就此開啟了OLED的研究之旅，而鄧青云也因此被稱為“OLED之父”。目前OLED已經廣泛用于蘋果、三星、華為等智能手機、智能手表的顯示裝置上。鄧青云這一發現為工業界做出了巨大的貢獻，OLED也一直被認為是諾獎候選者。

鄧青云1947年出生于香港，于1975年在康奈爾大學獲得博士學位。此后，他在柯達的實驗室工作，從事有機半導體材料和電子應用設備開發。2006年，鄧青云因在有機發光二極體和異質結有機太陽能電池上取得的開創性的成就被選為美國工程院院士。2011年，鄧青云獲得了沃爾夫化學獎，這是在化學領域僅次于諾貝爾獎的國際性大獎。

1.Applied Physics Letters：有機電致發光二極管

使用有機材料作為發射元件構造了新穎的電致發光器件。二極管具有通過氣相沉積制備的有機薄膜雙層結構。銦錫氧化物陽極和合金化的Mg：Ag陰極可有效注入空穴和電子。電子-空穴復合和綠色電致發光被限制在有機界面區域附近。在低于10 V的驅動電壓下，可獲得高外部量子效率（1％光子/電子），發光效率（1.5 lm/W）和亮度（> 1000 cd/m2）。

文獻鏈接：

Organic electroluminescent diodes.

(Applied Physics Letters, 1987, DOI:10.1063/1.98799)

2.Journal of Applied Physics：摻雜有機薄膜的電致發光

使用多層有機薄膜構造電致發光（EL）器件。基本結構由空穴傳輸層和發光層組成。空穴傳輸層是非晶態的二胺膜，其中唯一的可移動載體是空穴。發光層由主體材料8-羥基喹啉鋁（Alq）組成，該材料主要傳輸電子。在低于10 V的工作電壓下實現了高輻射。通過向Alq層中摻雜高熒光分子，與未摻雜的單元相比，EL效率提高了約2倍。代表性的摻雜劑是香豆素和DCM。摻雜系統的EL量子效率約為2.5％（光子/電子）。通過選擇合適的摻雜劑以及更改摻雜劑的濃度，可以輕松地將EL顏色從藍綠色調為橙紅色。在摻雜系統中，電子-空穴復合和發射區可以在空穴-傳輸界面附近限制為約50?。在未摻雜的Alq中，由于激子擴散，EL發射區明顯更大。多層摻雜的EL結構為直接確定激子擴散長度提供了一種簡單的方法。

文獻鏈接：

Electroluminescence of doped organic thin films.

(Journal of Applied Physics, 1989, DOI:10.1063/1.343409)

Krzysztof Matyjaszewski & ATRP

Krzysztof Matyjaszewski是美國卡耐基梅隆大學教授，美國國家工程院院士，俄羅斯科學院、波蘭科學院外籍院士，世界知名高分子化學家，曾兩次獲得諾貝爾獎提名，在國際同行中久負盛名。因其發現與普及原子轉移自由基聚合（ATRP）技術而聞名于世。他是世界上論文引用率最高的前10名化學家之一。曾獲得多項重量級的科學大獎，其中包括2009年Presidential Green Chemistry Challenge 獎、2011年Wolf Prize化學獎、2013年Inaugural Akzo Nobel North American Science獎、2015年The Dreyfus Prize化學獎和2017年Benjamin Franklin化學獎等，是高分子領域最具影響力的科學家之一。同時，他還積極推廣原子轉移自由基聚合技術的工業化進程，全球超過50個公司成為他主辦的ATRP/CRP 聯合會會員，已成功地實現了15項產品的商業化生產。

1.Chem. Rev.：原子轉移自由基聚合

長期以來，具有明確定義的組成、結構和功能的聚合物合成一直是高分子化學領域的研究熱點。通常，在沒有不可逆鏈轉移和鏈終止的情況下進行聚合的情況下，采用活性聚合技術。關于活性聚合的許多學術和工業研究都集中在陰離子，陽離子，配位和開環聚合上。受控/活性自由基聚合（CRP）方法的開發一直是聚合物化學領域的長期目標，因為自由基過程對官能團和雜質的耐受性更高，并且是生產聚合物的主要工業方法。盡管CRP具有巨大的工業實用性，但直到最近才實現CRP，這在很大程度上是由于不可避免的，接近擴散控制的雙分子自由基偶聯和歧化反應。這篇綜述將集中在過渡金屬催化的原子轉移自由基聚合（ATRP）的基礎上。文章討論對該過程的當前機械理解以及已導致使用各種定義明確的材料的某些合成應用程序。這篇綜述涵蓋了從該領域開始（1995年）到2000年底的所有文獻。

文獻鏈接：

Atom Transfer Radical Polymerization.

(Chem. Rev., 2001, DOI:10.1063/1.343409)

2.J. Am. Chem. Soc.：受控的“活性”自由基聚合——過渡金屬絡合物存在下的原子轉移自由基聚合

原子轉移自由基加成法ATRA是有機合成中碳-碳鍵形成的一種有效方法，該方法的許多優點現已得到公認。在這些反應中的某些反應中，過渡金屬催化劑在可逆氧化還原過程中充當鹵素原子的載體。最初，過渡金屬物質M_tⁿ從有機鹵化物RX提取鹵素原子X，形成氧化物質M_tⁿ⁺¹X和以碳為中心的自由基R·。在隨后的步驟中，自由基R·參與分子間或分子內自由基加成至烯烴Y，并形成中間自由基物種RY·。M_tⁿ⁺¹X與RY·之間的反應產生目標產物RYX，并使還原的過渡金屬物種M_tⁿ再生，從而進一步促進了新的氧化還原過程。RY·和M_tⁿ⁺¹X之間的快速反應顯然抑制了烷基之間的雙分子封端，并以高至極好的收率將鹵素官能團X有效地引入了最終產物中。上述過渡金屬催化的ATRA可以成功地用于控制自由基聚合。烷基氯化物1-苯基乙基氯化物1-PECl是有效的引發劑，而過渡金屬鹵化物CuCl與2，2'-聯吡啶bpy絡合，后者是有效的氯原子轉移促進劑。與通過常規自由基聚合所獲得的相比，該引發體系提供了具有預定分子量和更窄分子量分布，Mw/Mn＜1.5的受控聚合物。最近，已經報道了幾種控制/“活化”自由基聚合的方法。

文獻鏈接：

Controlled "Living" Radical Polymerization. Atom Transfer Radical Polymerization in the Presence of Transition-Metal Complexes.

(J. Am. Chem. Soc., 1995, DOI:10.1063/1.343409)

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