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马 晶(2012)
2013-04-09

马晶

南京大学化学化工学院教授

第九届中国青年女科学家奖评审会评语

?????? 发展量子化学与分子模拟相结合方法,系统研究材料分子的结构与性能关系,在化学、物理及材料方面取得高水平的成果,瞄准前沿科学领域,理论结合实验,设计新型“分子开关”等材料。

?????? 材料给我们的生活带来了无数可能性,以前存在于科幻小说之中的触摸屏手机,现在已经是日常生活中的一部分。而材料科学家更希望把计算机里面的元器件都变成有机分子,这样,计算机不仅会非常轻巧,还能更方便地实现人机互动。

?????? 但在开发新材料时,如果只是通过总结前人经验,再借鉴自然界已有的物种,然后不断实验摸索,会有一定的盲目性。这个时候,如果有理论指导,就可以省去很多繁琐的不断尝试、失败,然后总结经验的过程。这就是为什么马晶最后选择了似乎看不见摸不着,需要大量逻辑思考的理论研究。

?????? 材料体系很复杂,因为制备材料分子需要通过化学方法,但材料最终表现出的性能和功能,如发光、导电等又是物理性质,最终材料往往又应用在光电器件、计算机芯片等方面。所以,从材料分子性质的调控,到材料整体体现出的性质,再到将来的应用这整个过程,如果要很好地结合起来,没有一个综合的知识体系很难实现。

?????? 所有材料都是分子的聚合体,它们涉及大量分子的聚集行为,包含了错综复杂的分子间相互作用,这一直是理论化学研究的难题。传统的高精度量子化学计算方法能处理的分子尺度很小,只能够描述中小分子的光、电、磁等性质及分子化学反应的过程;而分子模拟技术基于经典力学和统计原理,虽然可应用于较大的时间与空间尺度,但只能描述分子聚集体的形貌或表面结构,无法描述电子转移和化学键的变化。

?????? 从2004年开始,马晶和她的学生就开始尝试将两个不同层次的方法结合起来,使其优势互补:通过分子模拟得到分子聚集体的结构,在此基础上,通过量子化学计算,得到发生反应的关键基团的电子结构和性质。她以这种方式构架起了一座桥梁,连通了复杂体系的微观结构和实验测定中这些体系所表现出来的性质,对化学研究有着重要的指导意义:这样,材料科学家们就能够清楚了解功能高分子材料的物理化学本质,从而结合实验,不断设计出新材料,为人类所用。

?????? 除此之外,马晶还有一个梦想:设计出一些分子开关。在一定情况下,比如通电或光照后,她的有机分子能够跟生物分子结合,消除电场等外部条件后,结合又不会发生,这样就可以检测电信号或者其他信号,让生物学家多一种研究利器。她认为,材料涉及生活与科研的各个领域,材料的发展能将科幻变成现实,而理论研究则是根基。




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