【InfoGuru信息“大师”】山东大学刘宏教授：交叉学科研究，发现不一样的美

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2021年6月30日，科睿唯安(Clarivate)正式发布2021年科技期刊引证报告(Journal Citation Reports)，InfoMat获得首个影响因子--25.405！

 个人简介 

刘宏，山东大学晶体材料国家重点实验室、济南大学前沿交叉科学研究院，教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者。中国光学学会材料专业委员会会员理事，中国材料研究学会纳米材料与器件分会理事，中国硅酸盐学会晶体生长分会理事。曾主持了包括十五、十一五、十二五863、十三五国家重点研发项目和国家自然基金重点项目在内的十余项国家级科研项目，取得了重要进展。2004至今，在包括Adv. Mater., Nano Letters，J. Am. Chem. Soc., Envir. Eng. Sci. 等学术期刊上发表SCI文章400余篇，文章总被引次数超过23000次，H因子为74，30余篇文章被Web of Science选为ESI “过去十年高被引用论文”，2018-2021年连续四年被科睿唯安评选为“全球高被引科学家”。应邀在化学顶尖期刊Chem. Soc. Rev.,和材料顶尖期刊Adv. Mater.和 Adv. Energy Mater.上发表综述性学术论文，在国际上产生重要影响。授权专利40余项，研究成果实现了两个千万级技术转让。2019年获山东省自然科学奖一等奖。

个人主页：

https://faculty.sdu.edu.cn/liuhong6/zh_CN/index.htm

 结缘纳米材料 

您能否简要介绍课题组的工作？

我们课题组以学科交叉与学科融合为研究特色，以新型医药材料和现代能源核心技术为研发目标，服务于国家重大战略，对标山东省新旧动能转换重大工程十强产业，在再生医学、生物传感、新能源、量子信息等相关领域开展基础和应用研究，承担了国家863、国家重点研发、国家自然科学基金重大与重点项目、山东省重大创新工程等国家级和省级重大项目，在微流控生物检测芯片和铌酸锂功能晶体方面实现了两项千万级成果转化。

当您还在上学的时候，未来想从事什么职业？是什么机缘促使您开始纳米材料和纳米器件的研究呢？

当我还是学生的时候，理想就是当一名老师，我觉得能够教书育人，为学生答疑解惑是一件非常幸福的事情。博士毕业后留在了山东大学晶体材料国家重点实验室工作，从事晶体生长的研究，后来进行能源、生物纳米材料的研究。对于科技工作者而言，理想的状态就是工作内容和兴趣爱好重叠，我从事的科研工作都非常有趣且有挑战性，所以，我觉得在从事世界上最幸福的职业。

此前，我的研究一直是集中在光学、铁电晶体与陶瓷、半导体材料与智能器件的研究。2005年在美国佐治亚理工学院王中林教授课题组访问期间，开始了纳米材料与器件的研究。借助于对功能材料物理性能的理解，结合纳米材料的尺寸效应、量子效应、表面效应等，发现了一些独特、有趣的物理现象，并将这些现象用于生化传感、光-电、光-化学转化等研究领域。2006年，山东大学已故的蒋民华院士安排我开展生物相关的研究，我从一个生物零基础的无机材料的研究人员，通过不断努力，摸索出一条将功能材料与生命科学逐渐开展生物相关的研究路径。十几年来，我们团队将功能/智能材料的物理性质与生化检测和细胞生物学相结合，开展了微纳生化传感材料与器件和干细胞调控与组织工程研究，提出了纳米结构介导的物理信号对细胞命运的调控及生物医学应用的研究方向，并在Chem. Soc. Rev.上正式推出这个学科交叉的研究领域。学科交叉使我们对科学有了崭新的领认识，引领我们进入了一个精彩纷呈的科研世界。顺便说一下，我开始做生物相关研究的时候42岁，所以，年轻的科学家都不要说自己年龄太大不适合介入新的交叉领域。每个人的背景不同，对于你所介入的新的领域，你原来的背景，可能使得你在这新的领域中独一无二，学科交叉可能会是你获得意想不到的收获。

您认为低维半导体材料及器件现存的挑战和问题有哪些？未来的发展趋势如何？您的团队有哪些关于该方向的计划呢？

随着纳米技术领域的不断突破与革新，低维半导体纳米材料及器件因为其独特的微观结构以及优越的电学、光学、热学、力学、生物学性能使得其在各类新型器件中的表现异常突出，其中的信息技术、纳米医药材料、新能源器件等更是被关注的热点。就我们课题组近期从事的研究而言，我认为低维半导体材料及电子器件现存的挑战和问题：二维半导体材料大面积单晶和晶圆级范德华结制备仍旧是亟待解决的问题；二维半导体材料的相变或相稳定性等理化性质，仍然需要深入理解和调控；未来的趋势包含新颖二维材料（包含层状及非层状结构）的设计与制备、二维材料作为研究载体进行激子动力学与自旋输运等物理学的探究、二维半导体材料在柔性电子器件上的应用等。我们团队未来的研究计划也是围绕以上提到的问题进行研究。另一个方面，基于单晶纳米薄膜的纳米器件制备技术是信息材料在通讯技术特别是光电集成的新一代量子通讯技术、包括量子计算机、量子通讯在内的量子技术方面的重要应用。我们团队目前正在开展8英寸铌酸锂晶体生长的研究，并在铌酸锂纳米单晶薄膜的畴工程和光学器件方面开展工作，相信会对推动下一代信息技术的发展有一定支撑作用。

交叉学科——科技创新的源泉 

越来越多的学者从事不同学科、研究领域的交叉融合的研究，我们了解到您的研究方向也包含纳米能源等多个方向，能否请您谈谈低维材料在交叉融合研究方面的潜力呢？ 

多学科交叉是现代科学技术发展的趋势，是科技创新的源泉，我建议更多年轻的学者从事交叉学科，特别是学科血缘关系更远的学科交叉。低维材料覆盖领域广泛，对推动高新技术发展具有重要作用，低维材料在学科交叉融合中会起到越来越重要的作用。

我个人认为，在很多情况下，低维材料是学科交叉的“枢纽”，前沿交叉学科大部分都必须通过“纳米结构”来实现。信息领域与半导体芯片技术的结合如此，生物与物理传感交叉融合如此，涉及生物与化学结合的能量转化与存储也是基于纳米材料，药物负载与缓释、组织工程与生物材料更是依赖于低维材料。

低维材料在交叉融合研究方面显示了巨大潜力。在量子科学与技术方面，低维材料是量子光学和与通信技术交叉的材料基础；在能源领域，低维材料是表面化学和材料物理相互融合的桥梁；在纳米医学方面，低维材料是化学与生物化学和细胞生物学结合的媒介；而我们近期提出的纳米结构介导的物理信号对干细胞命运的调控这一研究方向，更是以低维材料作为核心，将物理场、智能材料和生物效应与临床医学结合在一起，是材料-物理-生物-医学交叉的典型模式。因此，现代科学与技术的发展离不开学科交叉，对于大多数工程有关的交叉学科，低维材料都在作为学科交叉的融合点，起到最重要的枢纽与媒介作用，不可或缺。

国家颁布了“十四五”规划，您认为纳米材料与器件的科学研究在哪些方面可以为国家发展做出贡献呢？作为科研工作者，应该如何将个人科学研究与国家规划相结合呢？

2021年国家颁布了“十四五”规划，人工智能、生物医药、现代能源系统等都在规划中，而纳米材料与器件为这些提供了强有力的支撑。作为一个科研工作者，主动调整自己的研究方向，坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康，通过学科交叉产生颠覆性创新技术，突破行业“卡脖子”技术，形成自主可控的关键技术，为国家关键时期的快速发展做出贡献。作为科技工作者，特别是年轻一代科学工作者，应该打破陈规，跳出舒适圈。在当前形势下，不是自己能做什么就做什么，而是科学、技术、国家重大需求需要什么，我们就做什么，这是国家对新一代科学家的期望，也是新一代科学家对国家的担当。当前，科学研究日新月异，技术创新层出不穷。在国家经济转型和新旧动能转换的形势下，国家发展比任何一个时期都重视科技和依赖科技。目前，国家科技实力迅速提高，很多高校、科研单位科研条件的硬件设施超过世界发达国家，对于年轻的科学家，我们有条件、有能力做自己的前沿研究，有实力去攻克关键技术。所以，不要满足于在对国外前沿工作的重复，研究工作既要创意与创新，更要创造与创制。年轻人千万不可“游戏科学”，“制造”论文，要脚踏实地进行基础科学研究，不懈努力突破关键技术。我们国家经过多年的人才培养和引进，特别是随着引进人才的迅速成长，各个研究方向都有水平很高的年轻科技工作者，但特别缺乏具有大学科交叉背景的、具有组织能力和大视野的领军人才，希望年轻人多从事跨学科研究，通过学科交叉，迅速成长，为我国的科技事业做出贡献。

InfoMat—基础研究与跨界应用展示的平台

您的团队在InfoMat上发表了一篇题为‘High-performance electronics and optoelectronics of monolayer tungsten diselenide full film from pre-seeding strategy’的原创性文章。请问您的灵感来源是什么呢？从想法到最终实现WSe2的均匀单层膜的晶片规模生长，您认为最大的困难是什么？

这个工作的灵感是源于一篇石墨烯晶畴阵列制备的文献，作者利用光刻法制备类金属籽晶阵列，后续实现了石墨烯单晶晶畴的阵列化制备。受到该文章启发，我们将想法应用到二硒化钨的制备上，提出预埋籽晶层策略，通过后续的气相生长，实现了二硒化钨单晶晶畴的大面积制备。从想法到最终实现WSe2的均匀单层膜的晶片规模生长，经历的4年多的不断探索，提出了很多假设并不断推翻，进行了很多的机理讨论，经历了重重困难，最终得以实现，有一定幸运的成份，更是年轻教师和研究生们汗水和泪水的结晶。最大的困难就是如何解决单层二维材料的晶核密度减小与单个晶畴的尺寸增大的对称匹配问题，团队查阅了大量的文献，并从以往的经验积累上，逐步探索，取得了较好的成效。晶相材料生长不但是一个科学问题，更是技术问题，对晶体生长，甚至可以说是技艺。其中，既涉及科学思想也涉及工匠精神。工作过程中，师生所承受了多次失败的巨大压力，但事情总是这样，当你在几近绝望的时候，成功的幸运才姗姗来迟。所以，对年轻的科技工作者来讲，耐得住寂寞、伏得下辛苦，才能苦尽甘来。

您的团队在InfoMat上发表了还发表了一篇综述性文章，题目为“WSe₂ 2D p-type semiconductor-based electronic devices for information technology: Design, preparation, and applications”。请问您选择这个主题的初衷是什么？您认为这篇综述可以给相关领域的研究人员予以什么启发呢？

选择这个主题的初衷是因为二硒化钨材料非常重要，首先，二维材料由于轻柔薄透等特点是柔性器件的理想的半导体材料，并且，二维材料范德华异质结构的最重要应用之一，是光电探测器。对于光电性能，需要p-n结的设计，而二硒化钨是目前实验报道的唯二的p型二维材料（另一种p型材料二维半导体材料是MoTe2，这种材料因为相变难以克服其稳定性问题），所以，二硒化钨材料对二维半导体器件与基础物理等的研究非常关键。这篇综述包含了二硒化钨的合成策略、掺杂与缺陷工程、阵列器件与系统集成、先进表征技术、激子物理概念在二硒化钨上的验证等。这篇综述，不但可以为材料、化学、物理和电子工程等各领域介绍相关的基础理论、发展现状与研究方向，其中分类提供了大量的研究细节，还可以作为从事研究的教师、研究生和产业工程师的“手边书”。

在文章发表的过程中，您认为InfoMat编辑在处理稿件时的效率如何？审稿人的专业程度和文章发表速度怎么样？

InfoMat编辑在处理稿件时的效率非常快，文章发表速度很快，接收后一般1-2个工作日即可在线发表，通常，从投稿到上线发表，只需要2个月的时间，非常有利于实验报道的传播和文章影响力的提高；审稿人的专业程度非常高，提出的问题非常有建设性，非常有深度，对论文质量的提高非常有帮助。

InfoMat在去年6月份收到了首个影响因子25.405，摘得国产材料期刊影响因子排名第一的桂冠。作为InfoMat的编委，您可以评价下期刊的表现吗？您认为像InfoMat这样的期刊存在的主要理由是什么？

InfoMat期刊现在发展到了第四年，目前已经发表了200多篇文章，聚焦了信息技术与材料、物理、能源以及人工智能等新兴交叉领域和学科，初步成为了信息技术与材料交叉领域的国际顶尖期刊之一。InfoMat作为Wiley与中国高校合作的期刊，也提高了中国的影响力；同时InfoMat也提供了一个平台，将基础研究与跨学术界和工业界的工业应用联系了起来，相信期刊会有飞速的发展，越办越好。

您认为InfoMat的优势是什么？对该期刊进一步推动相关领域的发展有何愿景？

InfoMat的优势有以下几点：第一、期刊宗旨鲜明，着眼于国家队信息技术领域先进电子材料的巨大需求，聚焦信息技术与材料、物理、能源以及人工智能等新兴交叉领域和学科，旨在成为信息技术与材料交叉领域的国际顶尖期刊之一。第二、编辑团队水平高、对研究主题的选择或把握紧贴时代脉搏，接收高质量代表性成果和领域重要学者的邀请综述，会进一步提高在信息材料领域的影响力，让高水平的成果发表在祖国的大地上。第三、开放存取，有利于文章的传播和提高全球影响力。

 愿做你的良师益友，助你前航

您的课题组目前有引进人才的计划吗，您能谈谈济南大学在人才引进和科研发展方面有哪些政策支持吗？

我们研究院以学科交叉与学科融合为研究特色，以新型医药和现代能源核心技术为研发目标，在生物传感与再生医学、可再生能源转化高效利用和信息材料等相关领域开展基础和应用研究。我们非常欢迎不同学科背景的人才加入我们，在思想上碰撞出火花。同时，济南大学非常尊重人才，坚持以人为本，学校根据“一事一议、一人一议”的原则为高层次人才提供有竞争力的薪酬待遇及工作条件，积极协助子女入学等，全力为人才解决后顾之忧。另外，济南大学去年开始推出与企业“共引共育”的政策。“共引共育”是指，山东省高新技术企业引进的高层次人才，如果符合济南大学的进人标准，可以在企业入职享受企业的工资和福利待遇的同时，作为正式教师编制入职济南大学，享受高校教师所有的待遇和济南大学的职工福利。这一政策不但打破了高新技术企业高端人才引进难，留住更难的困境，而且为年轻教师寻找产业技术切入点、为社会服务提供了重要舞台，为产教融合找到了新的途径。

对于进入课题组的研究生和博士生，您是如何培养他们的个人能力的呢？请您送一句话给已经踏上科研征途的他们。

对于进入课题组的研究生和博士生，每周翻译一篇重要文献（例如InfoMat、Adv. Mater. Nature. Science及其大子刊等），目的是尽快掌握本领域的专业知识、相关专业词汇、科技论文写作模式，并学习文章研究思路、实验设计和解决问题的方法；从入学起研究生就进实验室，由高年级同学进行实验培训，并开展一个小的课题，让学生从头到尾做一遍，熟悉产出文章的全流程，做出一个完整的文章，发表出来，提高学生的积极性和自信心，进实验室的学生在每周一篇文献翻译的同时，每周提交周报，目的是培养学生进行科研总结的习惯和独立思考的能力。二年级可以做一个解决重要问题的工作，来提高学术水平和研究能力，并开始培养创新思想。从二年级开始，研究生一般有2-3个课题同时交叉进行，并开始撰写论文，从而提高学生的时间利用率，进一步提升研究生解决问题的能力。高年级或者进入博士阶段的同学，开始在老师指导下自己设计课题，或者承担更有创新性的研究任务，并要发挥自身经验丰富的优势，承担培训一年级新生的责任，来实现课题组丰富经验和优良传统的传承。为了培养研究生的兴趣，导师在入学后会多次向学生介绍课题组研究方向，让学生自己选择感兴趣的研究课题，鼓励学生通过实验来培养兴趣。对一个新的研究方向，研究越深入，对这个方向的兴趣就越浓厚。另外，导师每周找学生讨论，及时发现问题，通过讨论提高学生认识与解决问题的能力。另外，课题组每两周定期召开组会，目的是提高学生的英文口头表达能力，学术交流能力并有利于课题组内的学科交叉。

对学生的寄语：随着我们国家的强大和对科研投入水平的提高，中国的科技正处于快速发展的阶段。目前，我们的很多实验室的实验条件已经超过世界上大多数高校的实验室条件，目前我们国家原始创新能力仍然不高，而原始创新能力是一个国家发展的源动力。

我们国家对科研的投入越来越大，科研工作可以提供很好的工资和福利待遇，鼓励研究生和博士生长期从事科研工作，为我国在材料科学领域获得更多的科技原始积累，为祖国的可持续发展和享受科技红利奠定材料基础。

对于进入课题组的研究生和博士生，首先我都要对他们有一次深入的谈话，告诉他们成为一个优秀科研工作者应具备的素质，特别是提出， 在研究生期间要全面发展，有志于成为一个集“科学家、作家、画家、演说家、社会活动家”为一身的科技工作者。让他们明确自己的研究方向和自我培养目标。对于低年级的同学，我首先要求他们查阅大量的文献，钻研文献。这是培养他们独立科研能力的开始，通过总结前人的文献，让他们发现问题，自主思考，确定自己的研究课题，我会和他们一起论证研究课题的前沿性、可行性。课题确定以后，在开展课题的同时，我要求他们每周汇报自己的进展与问题，会帮助他们分析遇到的问题，但是也要告诉他们自己路自己走，而不是全部依赖导师的指导。始终以培养他们的独立人格、独立科研能力为主。同时注重研究生视野开阔和学术交流能力的提升，支持研究生积极出国参加国内外学术会议，保证每个博士研究生在学期间都有一次开会和做学术报告的经历。做好学术大师邀请和学术交流工作，让学生们有更多机会与一流科学家交流。在科研过程中，可能会遇到各种各样的问题，需要关心学生的心理健康状况，让他们知道科研并不是一帆风顺的，能够适当的排解非常重要的。对于已经发生轻度精神障碍的同学，会格外关注，鼓励他们参加体育项目，并提供资助他们进行不同方式的解压，都起到了较好的症状缓解作用，学生在我的鼓励下，战胜了精神障碍，重新参与科研活动，取得了很好的学术成绩。

为他们送上一句话是：欲乘风破浪，必先扬帆起航，我愿做你的良师益友，助你前航。欢迎同学们进入我们课题组与我们一起进行有趣、有意义、有影响的科学研究。

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