中国新材料研究前沿报告（2020）：有机光电功能半导体分子材料（二）

郭云龙，赵志远，刘云圻

中国科学院化学所

3、我国在该领域的学术地位及学科发展动态

2000年诺贝尔化学奖获得者Heeger、MacDiarmid和Shirakawa三位科学家与1977年发现高分子导电现象，开启了光电高分子材料研究的长河。我国的相关研究起始于20世纪70年代末，基本与国际同步，钱人元、王佛松、沈家骢、沈之荃等前辈科学家在导电聚合物方面做出了巨大贡献。从20世纪90年代开始光电材料逐步向有机共轭高分子材料方向发展，OLED、OFET、OPV等领域的有机光电功能分子材料和器件方面取得了诸多有重要影响的成果，并培养了大量国内科研顶尖团队，为推动有机光电功能半导体分子材料的发展做出了重要的贡献。以下主要介绍我国学术地位及国内外研究团队代表。

3.1 有机发光二极管OLED

OLED目前的基础研究热点在于解决基础蓝光材料的稳定性问题，可湿法加工的稳定传输层问题，新型高效率发光材料，柔性器件，基本器件物理等几个方面。我国在各类发光材料的研究上几乎和国外同步，甚至在部分材料方面略有领先，开发出不少效率较高的发光材料和稳定的传输材料。如我国科研团队利用三线态金属配合物/聚合物复合薄膜在国际上首次实现电致磷光^[66]，对磷光材料有重要贡献。在商用化领域，OLED显示技术逐渐成为主流，并逐渐朝着柔性化，超薄化，透明化等方向发展。国内在相关领域的发展以京东方为代表，在基础材料研发和产品应用已经实现了从0到1的跨越。柔宇科技联合维信诺，于2016年发布了柔性可挠曲显示屏，创维电视在2019年的SID会展和IFA会展均展示其大尺寸的透明AMOLED电视。各大显示技术公司和智能终端厂商都在积极布局AMOLED显示，逐渐和Samsung，LGDisplay形成竞争。国内的清华大学、华南理工大学等，以及国内的京东方、维信诺、天马、龙腾光电、TCL、广东聚华等都投入巨大进行OLED的产业化。

表1. OLED国内外研究团队

研究领域	国内研究团队	国外研究团队
OLED TADF材料、高发光效率材料、器件物理等。	华南理工：马於光、苏仕健、曹镛等; 苏州大学：张晓宏、廖良生、唐建新、蒋左权等; 南京工业大学：黄维、王建浦、安众福，赵强等； 武汉大学：杨楚罗等； 中科院理化所：汪鹏飞、王鹰团队等； 清华大学：邱勇、段炼等； 长春应化所：王利祥、韩艳春、马东阁团队（华南理工）等； 吉林大学：李峰、王悦等； 黑龙江大学：许辉，韩春苗等； 香港科技大学：唐本忠等； 香港城市大学：Chun-Sing Lee等； 国立台湾大学：Pi-Tai Chou等； 云南大学：吕正红团队等； 浙江大学：张启胜，狄大伟等；	日本：Chihaya  Adachi, Takuma Yasuda，Junji  Kido，etc. 韩国：Jang-Joo  Kim， Jun Yeob Lee，etc. 德国：Paul  W. M. Blom，Klaus Müllen，Hartmut Yersin，etc. 英国：Richard  H. Friend，Andrew P. Monkman，etc. 美国：Stephen  R. Forrest，Jean-Luc Brédas，etc. 加拿大：Zhenghong  Lv，etc.

3.2 有机场效应晶体管OFET

1996年我国科学家朱道本、刘云圻、胡文平等科学家开始OFET领域的研究，目前国内在OFET材料和器件方面的研究已经达到国际领先水平。聚合物半导体材料通过分子结构的可设计性实现电学性能的调控，在传感器、电子皮肤、柔性屏驱动等新兴领域得到了广泛的应用。如邱龙臻等^[67]通过棒涂制膜法成功制备了4×4 cm²的大面积柔性OFET阵列，该柔性阵列可以贴服于手背。陈惠鹏等人^[68]通过喷墨打印法制备了垂直结构的柔性OFET器件。该器件具有高的电流密度，因此可被用于分辨率达100单位/cm²的图像传感。最近几年，聚合物半导体材料取得实质性发展，为了将OFET器件应用于仿生电子皮肤，其材料的自修复性能也是研究的一大重点，美籍华人科学家鲍哲南等^[69-71]通过在共轭聚合物里引入动态非共价交联制备了可拉伸和可自我修复的半导体材料，可得到5×5大面积的柔性可拉伸器件。器件受损后，其迁移率可通过加热与溶剂蒸汽法得到恢复。他们进一步将弹性导电的碳纳米管和银纳米线加入可动态交联的可拉伸聚合物中，得到了可自我修复的电极。将其应用于多功能可拉伸和可自我修复的电子皮肤，实现了应力的检测和心电图的传感，这方面的研究我国还需要更多突破性的工作。以下是国内外在该领域的研究团队代表。

表2. OFET国内外研究团队

研究领域	国内研究团队	国外研究团队
OFET 有机/聚合物分子半导体材料；单元器件以及器件集成	中科院化学所:朱道本、刘云圻、张德清、于贵、郭云龙、江浪、董焕丽、狄重安、易院平等； 北京大学：裴坚、王婕妤等； 天津大学：胡文平、耿延候、李立强等； 清华大学：邱勇、董桂芳等； 苏州大学：迟力峰，揭建胜，王旭东等； 长春应化所：闫东航、韩艳春、王志远等； 上海有机所：李洪祥、高希珂等； 兰州大学：张浩力、邵向锋等； 武汉大学：李振、杨楚罗等； 福州大学：陈辉鹏等； 华南理工大学：马东阁等； 华中科大：王帅等； 南方科大：郭旭岗等； 同济大学：黄佳等； 上海交大：郭小军等； 青岛能源所：万晓波等； 合肥工业大学：邱龙臻等； 香港中文大学：缪谦等； 香港城市大学:Alex K.Y. Jen等； 香港浸会大学：朱福荣等； 台湾国立交通大学:Yen-Ju Cheng等；	德国：Klaus  Mullen,Gerardo Hernandez-Sosa, Xinliang Feng，etc. 美国：Zhenan Bao, Ulrike Kraf, Fred Wudl, Alan J.  Heeger, Antonio Facchetti, Tobin J. Marks，etc. 英国：Henning Sirringhaus, Iain McCulloch, Martin  Heeney，etc. 加拿大：Yuning Li，etc. 意大利：Fabrizio Antonio Viola，etc. 韩国：Changduk Yang, Yun-Hi Kim, Joon Hak Oh, Do Kyung Hwang，etc. 日本：Kazuo Takimiya, Tsuyoshi Michinobu, Takao Someya,  Takeya Jun, Hiroyuki Furusawa，etc.

3.3 有机太阳能电池OPV

OPV具有器件结构简单、重量轻、可制备柔性和半透明器件等突出优点，受到国内外广泛关注。Heeger等在1995年首次将聚合物MEH-PPV应用与OPV。曹镛、李永舫是我国与2000年前后最早开展了OPV材料和器件方面研究的科学家。随着我国大量人才和资金的投入，目前国内在OPV材料和器件方面的研究已经达到国际水平。2015年，占肖卫等报道了一种窄带隙有机小分子受体ITIC，将其与宽带隙聚合物给体匹配，使得OPV器件的转换效率迅速提升至11%，超过基于富勒烯衍生物受体的OPV器件。其后非富勒烯受体占据了有机光伏受体材料的主导地位，中国科学家在非富勒烯OPV材料和器件的研究方面一直处于引领地位。

表3. OPV国内外研究团队

研究领域	国内研究团队	国外研究团队
非富勒烯材料在OPV中的应用	中科院化学所：李永舫、侯剑辉、詹传朗、朱晓张、林禹泽等； 中科院宁波所：葛子义等； 北京化工大学：李韦伟、张志国、谭占鳌等； 清华大学：王朝晖等； 北京大学：占肖卫等； 国家纳米中心：丁黎明等； 北京航天航空大学：孙艳明等； 中国电子科技大学：于军胜等； 中南大学：邹应萍等； 南开大学：陈永胜等； 华南理工大学：曹镛、黄飞、叶轩立等； 山东大学：郝晓涛等； 北京交通大学：张福俊、刘烽等； 武汉理工大学：王涛等； 香港中文大学：路新慧等； 香港科技大学：颜河等； 南方科技大学：郭旭刚、何凤等； 苏州大学：马万里、张茂杰等； 暨南大学：侯林涛等；	美国：Antonio Facchetti、Colin Nuckolls、Harald  Ade、Alan J. Heeger、Luping Yu、Alex  K.-Y. Jen，etc. 英国：Iain McCulloch、Derya Baran、Raja  Shahid Ashraf、James R. Durrant、Martin Heeney，etc. 德国：Karl Leo、Zaifei Ma、Christoph J. Brabec，etc. 日本：Tomas Torres，etc. 荷兰：Jan M. Kroon、Sjoerd C. Veenstra etc. 比利时：Kjell Cnops、David Cheyns,、Bregt  Verreet，etc. 瑞典：Feng Gao，etc. 韩国：Changduk Yang，etc.

3.4 有机热电OTE

自1821年德国物理学家Seebeck首次发现热电效应以来，有机热电材料得到快速发展，基于导电聚合物的热电优值ZT更是达到了0.4以上，可以媲美无机热电材料的室温值。有机热电器件在废热回收，柔性自充电电子设备，制冷等领域有着广阔的应用前景。虽然我国涉足该领域较晚，但相关的研究成果可以达到并跑的阶段，尤其在N型OTE材料方面，朱道本、狄重安、裴坚等科学家开发出多种新型OTE材料并进行了系统的研究。

表4. OTE国内外研究团队

研究领域	国内研究团队	国外研究团队
OTE 新型有机P型和N型热电材料体系；以及新原理器件。	中科院化学所：朱道本、徐伟、狄重安等； 北京大学：裴坚等； 华南理工：马於光等； 清华大学：帅志刚等； 上海硅酸盐研究所：陈立东等； 江西科技师范大学：徐景坤等； 复旦大学 :梁子骐等； 天津大学：焦飞等；	瑞典：Xavier Crispin，Sweden，etc. 美国： Rachel Segalman，Jaime Grunlan，Jeffrey  Blackburn，Michael Chabinyc，Shannon Yee，etc. 日本：Noaki Toshima，etc. 英国：Henning Sirringhaus，etc.

3.5 有机自旋器件OSV

有机半导体分子材料除具有优异的自旋输运性质，还具有丰富的光电功能特性。基于有机半导体分子材料的光电功能特性构建功能性自旋电子器件，以长距离自旋输运为基础是有机自旋电子学领域的新兴研究方向，具有重要的研究意义和领域前瞻性。但OSV领域目前仍出于起步阶段，有机半导体分子材料、微观结构聚集态、器件性能之间关系的系统性研究仍需加强。

表5. OSV国内外研究团队

研究领域	国内研究团队	国外研究团队
OSV： 分子材料研究的前沿：新型自旋输运材料体系；新原理器件以及器件物理	中科院化学所：于贵等； 合肥强磁场中心：张发培等； 南京大学：吴镝等； 国家纳米中心：孙向南等； 天津大学：胡文平、米文博等； 吉林大学：李峰等； 复旦大学：沈剑等； 东北大学：张宪民等； 山东大学：解志杰等； 北京交通大学：胡斌等；	美国: Zeem Valy Vardeny，Tho Duc Nguyen， Wohlgenannt Markus，etc. 意大利: V. Alek dediu，etc. 西班牙: luis E. hueso，etc. 以色列：Ron Naaman，etc.

4、作者在该领域的学术思想

当前世界科技发展呈现新的趋势，新兴交叉学科不断涌现，有机光电功能半导体分子材料及新型功能器件是构建新科技革命的重要支撑：有机光电功能半导体分子材料的独特结构特征和聚集方式赋予其丰富的电学、光学、表界面和生物等功能，可以实现光电转换、电光转换、热电转换、光子学调控、化学与生物响应等，为下一代智能电子器件、能源、信息、健康等领域展现出重要的应用前景。因此我国越来越多的科研工作者投入其中，在该领域实现了从跟跑到并跑甚至一些方向达到领跑的阶段。

目前，有机光电功能半导体分子材料的发展仍然面临重大挑战。基于有机光电功能半导体分子材料的基础半导体物理模型，有机光电功能半导体分子材料的设计主要考虑的因素是材料的迁移率、激子结合能、热导率等。如：有机发光材料和有机光伏材料的设计是对激子结合能和迁移率的不同侧重考虑，高迁移率发光材料则需要同时兼顾迁移率和激子结合能。不同功能的材料所侧重的因素有所不同，具有多种响应特性的材料甚至存在相悖的设计理念。然而，基于现有的物理模型无法更好地指导高性能光电材料的进一步发展，因此，需要建立新的有机电子学理论，从电荷传输模型，激发态动力学等方面更好地刻画材料的基本物理过程。从应用的角度而言，核心的有机光电功能半导体分子材料，如：发光材料、高迁移率材料、有机激光材料、太阳能电池材料、热电材料等，仍然是整个领域发展的重点。在显示和有机光伏领域，我国目前布局处于国际前沿，但仍然需要进一步加快核心材料的研发和突破，以实现完整的产业链。在智能传感、电子皮肤、生物监测等领域则需要加大基础研究投入，缩小和国外的差距，为我国的经济和社会发展做出贡献。

5、作者的主要研究成果

刘云圻院士/郭云龙研究员团队长期从事有机光电功能分子材料的设计、合成，包括π共轭小分子、高分子，以及这些材料在光电子器件中的应用，总结发展了高性能分子材料的设计思想和提出了性能调控的新方法。证实了扩展π体系是实现高迁移率的重要途径，合成了具有优异光电性能的新型π共轭分子材料。利用溶液法制备了创纪录空穴迁移率的聚合物FET器件，实现了低能耗和性能优异的柔性光热传感器件。通过受体调控策略，实现了具有高电子迁移率的双极性聚合物分子，利用双极性传输特性的FET器件，构筑了具有波段选择性的超薄（800 nm）光传感器等。以下为部分近年来聚合物半导体材料合成方面的代表性工作。

与于贵合作成功的将噻吩乙烯噻吩（TVT）结构引入DPP合成聚合物PDVT-10，实现当时最高的空穴迁移率8.2 cm² V⁻¹ s⁻¹。并且，通过进一步的栅极介电层的OTS-PVA修饰，PDVT-10的最高迁移率达到了11.0cm² V⁻¹ s⁻¹，阈值电压降低到了-1.66V。设计了三个二氟联二噻吩(2FBT)和异靛蓝的共聚物，该聚合物异靛蓝上氟原子个数依次为0, 1和2。随着氟原子的增加，三个聚合物的LUMO能级分别为−3.46, −3.55和−3.64eV，聚合物的结晶性也随之增强。其中氟原子个数为2的聚合物为N型主导的双极性材料，其空穴和电子迁移率分别为2.75/9.70cm² V⁻¹ s⁻¹。氯取代的聚合物较氟取代报道相对较少，由于氯原子的范德华半径（r =1.80 Å）比氢原子的范德华半径（r = 1.20Å）大很多，因此氯取代一般会带来明显的空间位阻，使平面性变差，从而影响到主链共轭和π−π堆积。其团队发展了一种通用的取代环化靛蓝（BAI）的合成方法，该方法对不同的取代基（氟、氯、溴、氰基、三氟甲基等）和不同的取代基位置都适用。基于这种方法，他们合成了新型2ClBAI受体及其聚合物，这是目前第一个氯取代后不使平面性变差的聚合物，并且表现出较好的双极性传输特性，其空穴和电子迁移率分别为4.04和1.46 cm² V⁻¹ s⁻¹，是含氯材料最好的性能之一。该工作发展的取代BAI合成方法还可用于合成更多的新型BAI聚合物，将会极大地丰富双极性半导体材料的种类。氮取代能降低聚合物的LUMO能级且有利于改善聚合物的平面性，然而用C=N取代C=C可能会使得聚合物主链的共轭变差，从而不利于载流子的传输。因此聚合物中氮原子取代的数量和位置需要对比设计。与陈华杰合作报道了双吡啶并噻二唑（BPT）受体及其聚合物。BPT具有较强的吸电子能力和良好的π共轭。DFT计算表明两个PT分子之间呈现反式构象，二面角为25°。聚合物的HOMO/LUMO能级分别为−5.61/−3.66 eV，其TGBC器件表现出优异的双极性传输特性，空穴和电子迁移率分别为6.87/8.94cm² V⁻¹ s⁻¹，且是PT类聚合物中第一个双极性的材料。同年该团队基于受体二聚策略合成了双吡咯并吡咯二酮（2DPP）受体及其聚合物，OFET器件表现出优异的双极性性能，空穴和电子迁移率分别为2.99和2.60 cm² V⁻¹ s⁻¹。

在器件加工方式方面进行了大量的探索。其中喷墨打印技术是有机电子学发展过程中的关键加工技术。然而分辨能力低（50-100µm）常常被认为是制约喷墨打印技术应用的一个瓶颈。早在2012年，该团队利用咖啡环效应，开创了一种“咖啡环平面印刷术”，成果地制备了沟道长度12 µm的石墨烯电极。随后经过认真分析、研究了影响沟道长度L的各种因素，并总结、推导出公式。通过喷墨打印技术，在衬底上对超薄的聚甲基丙烯酸甲酯层（23 nm）进行溶剂蚀刻，随后金属淀积和溶脱剥离，成功开发了一种低成本、大批量、稳定地制备亚微米聚合物晶体管电极的技术方法。这种新技术相比本领域已有成果，具有不需要光刻预先图案化，不需要有机硅烷修饰衬底，通过一个较大口径的打印机喷头（50 µm），即可加工沟道长度为700nm的OFET等优势。应用此技术，我们以聚合物半导体 PDPPTzBT材料为活性层，大量地构筑了平均迁移率达1.2cm² V⁻¹ s⁻¹的OFET。另外我们还发现该晶体管的光响应度高达106 AW^–1。刮棒涂布法（bar-coating）是一种制备定向薄膜的方法，通过改善成膜过程来控制分子的结晶性，薄膜的厚度受金属丝间隙的影响。该团队采用该方法快速制备聚合物半导体薄膜，可以仅用2秒的时间制备出A4纸大小的薄膜，同时相应的晶体管与反相器电路都有很好的性能，得到最高空穴迁移率为5.5cm² V⁻¹ s⁻¹，电子迁移率为4.5cm² V⁻¹ s⁻¹。迁移率是spin-coating法制备的OFET性能的9倍。反相器得到最高174的增益值。该研究的最大意义在于以快速的低成本的方式制备大面积的有序薄膜，既具有良好的器件性能，又与工业化生产兼容。

在器件多功能化应用方面进行了大量的尝试性工作。相对共价键成键的无机材料，有机半导体因其分子堆积依靠范德华弱作用力，因此具有本征机械柔性，可用于制备在极端挠曲环境仍能正常工作的电子器件在可穿戴电子学中，其中轻和薄作为两个关键技术指标，直接关系到电子器件的可携带性与机械柔性，因此是科研人员不断追求的目标。该团队基于两种经典的有机染料，苝酰亚胺、酞菁作为光导体，并五苯作为场效应管沟道活性层，成功构筑了一种可识别灰度感光的跨导型集成可见光传感器，其密度仅为850mg/m²，厚度低至470 nm。与以往文献中电导型光传感器（光敏元件串联与晶体管漏电极）相比，得益于分压器驱动有机场效应管跨导，该结构可同时实现光信号灰度识别和电流信号放大，这是前者所不具备的；集成后传感器光暗电流开关比在8.8mW cm⁻²入射光强下高达八个数量级（10⁸）。阵列化器件成功应用于大面积成像，而且有潜力应用在执行器和驱动发光二极管等领域。随后基于四种有机染料衍生物半导体，成功地构筑了一款免滤光片、高度选择性地将近红外光转换为非挥发电导记忆行为的超薄光传感器。该器件可在62分贝的动态范围内将850 nm近红外光转换成非挥发记忆电导信号，在86分贝动态范围内将550 nm绿光转换成动态光开关信号。该体系实现了对近红外光信号的选择性记忆，类似视网膜的波段选择性。

6、未来发展方向

有机光电功能半导体分子材料的下一步发展应该更多的关注新型分子材料的设计和实际应用。OLED目前的基础研究热点在于解决基础蓝光材料的稳定性问题，其中器件物理，柔性器件研究等方面和国外相比仍然存在不少差距。另外，目前商用化的材料在专利技术和实际生产链方面和外国仍然存在较大差距。国外目前商用的主流红、绿磷光材料和蓝色荧光材料开发，以及生产工艺上均掌握核心专利。因此无论是核心材料的突破、商业化应用、基础理论的构建，国内的OLED发展仍需要进一步努力。在基础研究领域，柔性显示和有机激光是有机发光材料未来的两个重要研究方向，这也是目前该领域的研究难点所在。为了实现超连续有机激光技术，有机材料的发光性能还需要大幅度的提升。有机材料的迁移率，高密度发光效率，能级特性，自发辐射放大特性等相比无机材料还存在巨大差距。新分子的设计不仅需要考虑其激子动力学，以提高材料的发光性能；另外目前已发展的材料体系对高电流密度的耐受能力依然较差，因此，还需要进一步发展电学稳定性更好的发光材料。结合目前我国在OLED领域的研究进展，未来OLED相关的研究还需要进一步发展高迁移率发光材料，柔性透明电极材料及薄膜制备技术，大面积溶液法加工技术等也需要同步推进。

OFET 要达到工业实用化的标准，还需要面临很多难题与挑战。主要体现在有机光电功能半导体分子材料性能提升，可控大面积薄膜制备，多功能器件搭建三个方面。结合OFET优势拓展其应用，兼顾材料设计及新功能柔性电子器件方面，稳定性好、高迁移率的有机半导体的有序阵列的构筑技术；在柔性衬底上的集成技术；提高有机半导体层可拉伸性以及制备本征可拉伸OFET的研究，应用于柔性屏体、仿生电子皮肤、仿生视觉系统、仿生神经系统等；实现本征可拉伸有机晶体管的可自愈合性等，都将成为未来重要的研究方向。在材料设计方面，高性能的聚合物半导体材料的设计，除了开发新的给受体结构单元外，还需要进一步拓展新的骨架模型，即除D-A，D-A-A，A-A之外的新模型。在大面积薄膜制备领域，大面积、图案化和均匀性是主要的障碍，开发新的适合有机材料的无损，高精度图案化技术具有重要意义。大面积薄膜的均匀性则需要结合材料的溶解性和加工工艺进一步发展。在多功能器件搭建方面，OFET器件具有明显优势。多功能材料组分在不同形貌下的光电特性传输模型等基础理论需要进一步的发展以更好地指导功能器件的材料选择及制备。

非富勒烯材料用于OPV得到了快速发展，光电转化效率得到了快速提高。相比硅基太阳能电池，有机聚合物太阳能电池有望在5～10年内实现比肩的器件效率，其主要优势体现在制造成本和柔性半透明等方面。因此，其未来研究需要更加重视材料体系的研究和大面积及柔性器件的工艺开发。例如：发展太阳能电池串联技术和三元共混有机太阳能电池。三元共混有机太阳能电池可以充分利用活性层材料互补优势，进而提高太阳能电池的整体性能。在未来的应用方面，开发半透明非富勒烯有机太阳能电池是一个重要的研究方向。用这种半透明非富勒烯太阳能电池替代传统的的建筑玻璃，通过这种全透明太阳能电池为建筑内部供电，在节省能源的同时更减少了太阳能电池板发电时所占用的土地。在长期的光辐照条件下的光电转化，对有机材料体系和器件结构的稳定性提出了更高的要求，未来对于该方面的研究不可忽视。

目前有机热电材料的发展仍面临着体系单一，特别是N型有机热电材料，掺杂效率，性能较低，掺杂稳定性差，可重复性低等严峻挑战。器件方面如高性能与超低温柔性发电器件、超薄有机热电制冷器件、面向人体热和环境热高效利用的可穿戴与便携式有机热电器件等都需要大量研究工作投入其中。

有机自旋电子学作为新兴学科仍面临诸多挑战，如自旋注入效率较低，电极与有机半导体分子材料界面复杂难控，如何精准调控界面提高自旋注入效率发展室温OSV器件，及大量优异的有机半导体急切地需求应用于该研究方向。除此之外，有机半导体分子材料的光电功能特性以及热电特性也有待被发掘并应用于自旋电子学研究中。

光电功能分子材料通过跨学科、跨领域以及跨部门深度融合，与其匹配的新应用、新产业将有不断突破。预测和把握光电功能分子材料的未来发展方向，找出推动发展的着力点，将有着重要和深远的指导意义。

参考文献从略。

本文节选自《中国新材料研究前沿报告2020》。

第一篇　总论/ 001 
第1章　我国新材料基础研究的现状、机遇与挑战/ 002 

第二篇　前沿新材料/ 015 
第2章　拓扑电子材料/ 016 
第3章　六元环无机材料/ 036 
第4章　有机光电功能半导体分子材料/ 064 
第5章　梯度纳米结构材料/ 082 
第6章　柔性超弹性铁电氧化物薄膜/ 098 
第7章　集成电路用碳纳米管材料/ 113 
第8章　新一代分离膜材料：二维材料膜/ 135
第9章　材料素化/ 154 

第三篇　战略新材料/ 169 
第10章　空间材料科学研究/ 170 
第11章　生物医用纤维材料/ 194 
第12章　钙钛矿发光、光伏及探测材料/ 211 
第13章　新型超高强度钢及其强韧化设计/ 229 
第14章　存储器芯片材料/ 247 
第15章　先进半导体关键器件材料/ 278 
第16章　热电能源材料/ 295 
第17章　燃料电池氧还原催化关键材料/ 314 

第四篇　基础创新能力提升/ 335 
第18章　材料基因工程关键技术与应用/ 336 
第19章　基于先进同步辐射光源的金属材料研究与创新平台建设/ 360 
第20章　基于透射电镜的原位定量测试技术及应用/ 388