封面故事 · Angew. Chem. 设计作品解析 No.13

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本文撰稿：Rena

一向以严谨中带着生动活泼为风格的Angewandte Chemie，它的封面竞争是相当激烈的，而它选择的正封面往往是创意感十足，又耐人寻味的。而今天我们这幅“黑白棋盘”的设计图像就是出自Angew. Chem.新一期的封面，在它的背后，又有着怎样的创意和内涵呢？

Titelbild:

Precisely Tailoring Upconversion Dynamics via Energy Migration in Core–Shell Nanostructures

< Angewandte Chemie Int. Ed. Vol. 130, No. 12 >

封面设计师：Hunter 学术支持：Magon

项目编号：SD20170109p-12

稀土离子上转换发光纳米材料在生物医学、信息和能源等领域有着巨大的应用前景。然而，由稀离子光子动力学复杂过程决定的光子能量上转换效率过低挑战问题的限制，其应用基础研究进展极其缓慢，自稀土上转换发光概念提出以来未能获得实质性突破。因此，深入地揭示和生动地描绘上转换光子动力学的清晰图像，是突破光子能量上转换效率瓶颈问题限制的最为关键科学问题之一。

近日，中科院长春光机所孔祥贵、刘晓敏研究员课题组成果发表在国际著名期刊《Angewandte Chemie Int. Ed》（《德国应用化学》）上，由松迪设计的图像被选为期刊封面。该工作也感谢荷兰阿姆斯特丹大学范特霍夫分子研究所张宏教授和Evert Jan Meijer教授给予的帮助。

图1. Angw. Chem. Int. Ed封面

“晶格阵列”→“棋盘”：

将一个纳米粒子分解成众多稀土离子所组成的晶格阵列，每一个格点代表一个稀土离子，离子种类一共有2种，A和B，比例为10：1。因而在图像的设计中，我们将其比喻为棋盘上规则分布的黑棋和白棋。棋子整齐地分布在整个棋盘上，并且具有三维立体感。

图2. 众多稀土离子所组成的晶格阵列，比喻成黑子和白子分布的棋盘（数量比例为10：1）。

发光的黑色棋子：

激发光的光子能量转化成稀土离子电子的激发态能量，并在多个AB离子间进行三维随机游走，当两份能量同时游走到一个B离子上时，B可以产生发光）。

通过蒙特卡洛计算模拟，我们可以模拟出激发态能量在纳米粒子中各格点间的迁移及其相互“碰撞”产生发光的物理过程。

来自不同方向的几股能量在棋盘网格和棋子构成的路径中随机游走，当两股能量交汇到同一个黑色棋子上时，发生力量的碰撞，使得黑子发出了斑斓夺目的光芒，红蓝黄绿四种光辉在棋盘之上闪耀。在棋桌旁，一株盛开的白色兰花又为画面增添了一丝宁静和高雅。

图3. 晶格阵列中激发态能量的碰撞发光（箭头表示迁移走向）

同时，我们可以看出线路上越是前端的部分，光束的颜色就越是鲜艳。这代表了激发态电子在AB离子间游走的时间特性，其通过纳米结构设计和计算模拟相结合表现。

研究的重要意义：

研究成果创新地将可控“离子纳米分区掺杂”技术和稀土离子延迟激发调控方法与Monte Carlo计算模拟方法相结合，在国际上首次清晰地阐述了光子能量在多纳米层区域内的吸收、迁移、传递及复合的动力学过程。

同时，生动地描绘了光子能量单次瞬态迁移迅速和“游走”随机等生动动力学图像，实现了光子动力学过程的精准调控。这也为解决光子上转换效率低的领域挑战性难题明确了方向。

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别人的图挺好看，我想画应该用什么软件好？

我的图分辨率很大啊，为什么还是不清楚？

图像有那么多格式，有什么区别？

矢量图和位图是什么鬼，投错了出版社还拒收？

我的修改意见回来了，可是我居然看不懂？

图像采集出了问题，我不想重新做实验啊，怎么办？

为什么我的eps插入到word里就变了？

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怎么在压缩图像的同时质量还能不损失呢？

我明明存成矢量格式了，为什么不能无限放大？……

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