介尺度设计功能新材料研究进展

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2023-0011

无机盐工业 ›› 2023, Vol. 55 ›› Issue (3): 1-9.doi: 10.19964/j.issn.1006-4990.2023-0011

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介尺度设计功能新材料研究进展

史国强¹(), 徐珂¹, 陈昆峰², 薛冬峰¹()

1.中国科学院深圳先进技术研究院多尺度晶体材料研究中心，广东深圳 518055
2.山东大学新一代半导体材料研究院晶体材料国家重点实验室，山东济南 250000

收稿日期:2023-01-05 出版日期:2023-03-10 发布日期:2023-03-17
通讯作者: 薛冬峰（1968— ），男，博士，研究员；E-mail:df.xue@siat.ac.cn。
作者简介:史国强（1990— ），男，博士，助理研究员，从事量子材料研究；E-mail:gq.shi@siat.ac.cn。
基金资助:
国家自然科学基金重点项目(51832007);国家自然科学基金国际（地区）合作与交流项目(52220105010);国家自然科学基金中德科学中心2021年度中德合作交流项目(M-0755);国家自然科学基金青年科学基金项目(52203366);山东省自然科学基金重大基础研究项目(ZR2020ZD35);山东省产业技术研究院研发项目(Z1250020005);中国博士后科学基金(2021M703363);广东省基础与应用基础研究基金区域联合基金青年基金(2021A1515110936)

Research progress of mesoscale design of novel functional materials

SHI Guoqiang¹(), XU Ke¹, CHEN Kunfeng², XUE Dongfeng¹()

1. Multiscale Crystal Materials Research Center，Shenzhen Institute of Advanced Technology，Chinese Academy of Sciences，Shenzhen 518055，China
2. Institute of New Generation Semiconductor Materials，State Key Laboratory of Crystal Materials，Shandong University，Jinan 250000，China

Received:2023-01-05 Online:2023-03-10 Published:2023-03-17

摘要/Abstract

摘要：

随着材料多尺度问题的认识与提高，新材料设计的构效关系已经远远超越了结构-性能关联，而是往更加本质的体系自由度及其耦合机制方向深入拓展。新材料设计需要从材料的量子本质明确其性质来源。介尺度结构的动态演变过程表现出了丰富的量子效应，同时材料中的电荷、自旋、轨道、晶格、缺陷、掺杂等自由度及其耦合是材料丰富功能的本质起源。基于介尺度动态结构演变的思想，建立从“分立结构”到“动态结构”到“多尺度多层次结构”的新材料设计思路，基于多自由度耦合范式建立多自由度耦合、解耦的模型，定性、定量、定位地表达各种相互作用对功能材料性质的贡献，是实现功能新材料量子设计的有效途径。重点论述了介尺度设计功能新材料的最新研究进展，特别集中于团簇、量子点、量子材料、稀土基材料等介尺度调控及其特殊性能。

关键词: 介尺度, 多自由度, 量子设计, 功能新材料

Abstract:

With the improvement of understanding of the multiscale problem of materials, the structure-activity relationship related to novel materials has gone far beyond the structure-property relationship, but a more essential study of system degrees of freedom and their coupling mechanisms is needed.Therefore, the design of novel materials needs to clarify the source of their properties from the quantum nature of materials.The dynamic evolution of mesoscale structures shows a wealth of quantum effects.Meanwhile, the degree of freedom and its coupling of charge, spin, orbit, lattice, defect, and doping in materials is the origin of material functions.Therefore, based on the idea of mesoscale dynamic structure evolution, the establishment of novel material design idea from“discrete structure” to“dynamic structure” to“multiscale and multilevel structure”, the establishment of multiple degrees of freedom coupling and decoupling model based on the multiple degrees of freedom coupling paradigm, and the qualitative, quantitative and positioning expression of the contributions of various interactions to the properties of functional materials are effective ways to achieve the quantum design of novel functional materials.The latest research progress of novel functional materials for mesoscale design was mainly discussed, especially focusing on the mesoscale control and special properties of clusters, quantum dots, quantum materials, rare-earth-based materials, etc.

Key words: mesoscale, multiple degrees of freedom, quantum design, novel functional materials

中图分类号:

O616

史国强, 徐珂, 陈昆峰, 薛冬峰. 介尺度设计功能新材料研究进展[J]. 无机盐工业, 2023, 55(3): 1-9.

SHI Guoqiang, XU Ke, CHEN Kunfeng, XUE Dongfeng. Research progress of mesoscale design of novel functional materials[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2023, 55(3): 1-9.

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