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          >人物風采>青年女科學家風采
          馬 晶(2012)
          2013-04-09

          馬晶

          南京大學化學化工學院教授

          第九屆中國青年女科學家獎評審會評語

                 發展量子化學與分子模擬相結合方法,系統研究材料分子的結構與性能關系,在化學、物理及材料方面取得高水平的成果,瞄準前沿科學領域,理論結合實驗,設計新型“分子開關”等材料。

                 材料給我們的生活帶來了無數可能性,以前存在于科幻小說之中的觸摸屏手機,現在已經是日常生活中的一部分。而材料科學家更希望把計算機里面的元器件都變成有機分子,這樣,計算機不僅會非常輕巧,還能更方便地實現人機互動。

                 但在開發新材料時,如果只是通過總結前人經驗,再借鑒自然界已有的物種,然后不斷實驗摸索,會有一定的盲目性。這個時候,如果有理論指導,就可以省去很多繁瑣的不斷嘗試、失敗,然后總結經驗的過程。這就是為什么馬晶最后選擇了似乎看不見摸不著,需要大量邏輯思考的理論研究。

                 材料體系很復雜,因為制備材料分子需要通過化學方法,但材料最終表現出的性能和功能,如發光、導電等又是物理性質,最終材料往往又應用在光電器件、計算機芯片等方面。所以,從材料分子性質的調控,到材料整體體現出的性質,再到將來的應用這整個過程,如果要很好地結合起來,沒有一個綜合的知識體系很難實現。

                 所有材料都是分子的聚合體,它們涉及大量分子的聚集行為,包含了錯綜復雜的分子間相互作用,這一直是理論化學研究的難題。傳統的高精度量子化學計算方法能處理的分子尺度很小,只能夠描述中小分子的光、電、磁等性質及分子化學反應的過程;而分子模擬技術基于經典力學和統計原理,雖然可應用于較大的時間與空間尺度,但只能描述分子聚集體的形貌或表面結構,無法描述電子轉移和化學鍵的變化。

                 從2004年開始,馬晶和她的學生就開始嘗試將兩個不同層次的方法結合起來,使其優勢互補:通過分子模擬得到分子聚集體的結構,在此基礎上,通過量子化學計算,得到發生反應的關鍵基團的電子結構和性質。她以這種方式構架起了一座橋梁,連通了復雜體系的微觀結構和實驗測定中這些體系所表現出來的性質,對化學研究有著重要的指導意義:這樣,材料科學家們就能夠清楚了解功能高分子材料的物理化學本質,從而結合實驗,不斷設計出新材料,為人類所用。

                 除此之外,馬晶還有一個夢想:設計出一些分子開關。在一定情況下,比如通電或光照后,她的有機分子能夠跟生物分子結合,消除電場等外部條件后,結合又不會發生,這樣就可以檢測電信號或者其他信號,讓生物學家多一種研究利器。她認為,材料涉及生活與科研的各個領域,材料的發展能將科幻變成現實,而理論研究則是根基。




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