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值此纪念《人工晶体学报》创刊五十周年之际，《人工晶体学报》开设《晶体人生》栏目，邀请编委对国内晶体界的资深学者进行专题访谈，访谈内容涉及他们所从事的研究工作、知识分享和深度思考，从中感悟他们对晶体事业的追求与热爱，体会“科学家精神”的内涵和精髓。让他们的心得和故事成为业界的宝贵精神财富，让他们的学术思想得以传承和发扬，让更多“中国牌”晶体在全世界继续绽放异彩！本号上期全文刊登了“晶体人生丨祝世宁：从天然结构到人工微结构”（访谈编委：南开大学孙军教授）引起了广大科技人员的强烈反响。
本期全文刊登《人工晶体学报》青年编委、西北工业大学徐亚东教授对山东大学讲席教授、《人工晶体学报》副主编陶绪堂的专访——从有机-无机复合材料走进多彩晶体世界。
以下内容已全文刊登于《人工晶体学报》2022年51卷第10期，欢迎下载：
徐亚东.晶体人生丨陶绪堂：从有机-无机复合材料走进多彩晶体世界[J]. 人工晶体学报,2022,51(9-10):1519-1522.
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以下内容中，“Q”代表徐亚东教授，“A”代表陶绪堂教授。
山东大学晶体材料研究所和晶体材料国家重点实验室是我国晶体材料研发和人才培养的高地，您在这里师从蒋民华先生开始晶体材料研究工作，硕士阶段开展有机-无机复合非线性光学晶体的研究，后赴日本留学，2002年回国时，您是如何规划未来的？
是的，山东大学自20世纪50年代末开始晶体材料研究，从当年的研究小组不断发展，成立了晶体材料研究所和晶体材料国家重点实验室。六十多年来，我们坚持“需求牵引，单晶为本，敬业团结，育晶育人”的发展方针，为国家培养了大批晶体方面的人才，为国防建设和经济建设做出了重要贡献。我1983年师从蒋民华先生开展有机-无机复合非线性光学晶体研究，是蒋先生把我领进了多彩的晶体世界，从那时开始就和晶体结下了“不解之缘”。
有机-无机复合非线性光学晶体这个方向是蒋民华院士带领好几届研究生不断开拓的。1979年，蒋先生第一次有机会跨出国门，到德国科隆大学结晶研究所进行短期访问和交流。在不到三个月的时间内，蒋先生从寻找新材料到合成和生长晶体，发现了一种新的有机晶体——樟脑酸丙酮，测量了其压电和电光性能并写出了文章。科隆之行让蒋先生找到了探索新晶体材料的感觉，打破了探索新材料的神秘感，初步形成了探索新的有机非线性光学晶体材料的思路。回国以后，蒋先生立即指导研究生许东开始了探索新晶体材料的工作，终于在手性天然氨基酸及其衍生物中，发现了一种新的有机-无机复合非线性光学晶体材料：L-精氨酸磷酸盐(LAP)晶体。这一成果后来获得了国家发明一等奖。
LAP的成功发明，开辟了到材料森林中采“蘑菇”的林中小径，自此后，以一届届研究生为主力，新材料探索工作得到迅速发展。从有机-无机盐到有机金属配合物，BTCC、TSCCC、ATCC、CMTC等新晶体材料如雨后春笋般涌现出来，形成了有特色的半有机非线性光学晶体材料的新领域。
图1 与蒋民华院士在一起
我硕士期间是做有机-无机复合非线性光学晶体研究，生长了一水二氯氨基硫脲合镉(TSCCC)晶体并测试了其倍频性质。硕士毕业后，我继续开展新的非线性光学晶体探索研究。当时，蓝色半导体激光尚未出现，非线性光学的一个重要目标就是实现880 nm附近半导体激光的倍频，获得蓝色激光。这就要求非线性光学晶体具有大的倍频效应和短的截止波长，但这两个参数往往是矛盾的，很难同时满足。因此，我们把主要研究方向定在解决这个矛盾上。后来，我们课题组发展了系列硫氰酸盐晶体，包括CdZn(NCS)4、CdHg(NCS)4、MnZn(NCS)4等，并在CdZn(NCS)4晶体上实现了半导体激光直接倍频，相关研究获得山东省科学技术一等奖。
我1991年去日本读博士学位，1995年获得博士学位后，又在日本工作了几年，主要开展高分子非线性光学材料、有机-无机复合发光材料等研究。2002年10月回到山东大学后，在蒋民华院士的支持下组建科研团队，主要开展有机-无机发光材料，激光、非线性光学晶体材料研究。在基金委杰出青年基金，重大、重点基金，科技部以及国防项目的支持下，研究领域有所扩展。当初的基本思路就是两个方面：一个就是发展新的晶体材料，不限定是无机还是有机晶体，但不做国内优势明显的硼酸盐、磷酸盐晶体；另一个就是传承并发展各种晶体生长方法，培养掌握各种晶体生长方法的学生。
图2 陶绪堂教授在日本
多年来，我们首次生长了含碲钼钨酸盐系列晶体，开展了从材料合成与生长、晶体加工、器件性能和应用的系统研究，这个方面的工作已经持续近二十年，目前仍在进行。另一方面，我们也开展多维度晶体材料研究，包括体块、二维、一维和纳米晶。在这些研究工作中，我觉得其中最重要的是迈出了自主研制晶体生长设备的一步。现在我们课题组使用的各类晶体生长设备，都由我们提出设计概念和要求，由国内合作单位制造。我们提出的“微距升华”生长方法，具有简便、实用的特点，国内外研究者已开展了广泛的跟踪研究；我们自主设计的导模炉，为我们生长高质量的高温氧化物晶体Lu2O3及宽禁带半导体Ga2O3晶体打下了基础;我们研制了国内首台微下拉单晶生长设备，并用自主研制的激光加热基座炉生长了直径只有50 μm的氧化物单晶光纤；我们自主设计的反溶剂扩散装置生长的有机-无机复合钙钛矿晶体具有最高的结晶质量；我们自主设计的下降炉、透明物理气相沉积炉为生长各类红外晶体和卤化亚汞晶体打下了基础。
图3 β-BaTeMo2O9晶体
您在有机-无机复合晶体领域取得了很多显著成果，包括刚才提到的有机-无机复合钙钛矿晶体。相比常规无机功能晶体，这类晶体具有哪些优越性，目前有哪些领域有机-无机复合晶体可能实现产业应用？
有机-无机复合材料理论上比无机材料范围更广，材料设计的可选择性更大，可以兼具无机和有机材料的优点。当然，实际上复合以后也带来一些难题，例如：不易获得高质量的晶体，硬度、机械强度一般较无机材料低等。因此，虽然有机-无机复合材料得到了大量应用，但有机-无机复合晶体得到应用的还不是很多。在非线性光学领域，目前应用最广泛的是DAST晶体，主要用于太赫兹(THz)领域。但是，大尺寸、高质量的DAST晶体还是比较难获得，后来发展的其他类似有机-无机复合晶体，也存在着与DAST同样的难以生长的问题。
有机-无机复合钙钛矿材料由于具有结构简单、合成容易、可用简便的方法制备大面积器件等优点，成为太阳电池、射线探测、发光等领域的研究热点。但有机-无机复合钙钛矿单晶材料的发展还相对滞后。最近几年，基于有机-无机复合钙钛矿单晶的太阳电池转换效率不断提升，已经快接近基于无定形薄膜材料的转换效率。考虑到晶体材料的稳定性更好、质量更高，基于单晶的有机-无机复合钙钛矿电池的转换效率有望超过无定形材料，但关键还是要发展新的制备大面积、高质量薄膜单晶的方法。另外，有机-无机复合晶体在各种射线的探测方面有望获得应用。
晶体的另一个重要应用是测定材料的本征物理性质。晶体是组成基元在三维空间呈周期性重复排列、内能最小的固体，可以最大限度地反映材料的本征和极限性能。以研究最为普遍的有机-无机复合钙钛矿碘铅甲胺(CH3NH3PbI3)为例，自2009年发现其在太阳电池方面的潜在应用以来，迅速掀起了研究热潮，但报道的结构、相变温度、载流子迁移率和传输距离等方面的数据差别很大，对于其有无铁电性也存在许多争议。但自从用较大尺寸的单晶精确测定了其结构、相变温度及铁电性的晶面方向关联性后，这些争论就得到了平息，充分显示了高质量单晶在物质本征性能表征方面的独特作用。另外，以前报道碘锡甲咪(CH(NH2)2SnI3)不稳定，甚至在手套箱中都不稳定，但我们生长的碘锡甲咪晶体，在空气中都可长期稳定存在，这一结果为后来开展碘锡甲咪的各项研究奠定了基础，也充分证明了单晶材料的独特性。
图4 溴铅甲胺晶体
有机-无机复合晶体的成分、结构、带隙等灵活可调，从而能够实现在性能方面的可调适性，应该说可以匹配很多波段，在非线性光学领域，其主要的应用瓶颈是什么?
正如我上面提到的，理论上有机-无机复合材料的选择性更强，可以适用于不同波段的非线性光学应用，但由于已经存在几种常用非线性光学晶体，如KTP、KDP、BBO、LBO，以及KBBF等晶体，在可见及紫外非线性光学应用方面，有机-无机复合晶体很难找到位置。山东大学发明的LAP晶体，20世纪80—90年代被认为有可能取代KDP，其主要根据是LAP具有比KDP高的激光损伤阈值和大的非线性光学效应，但KDP目前主要用于激光核聚变，需要超大尺寸和高的光学质量，而LAP晶体的研究在没有生长出更大、更高质量晶体的情况下就停了下来，实在有点可惜。应该探明LAP具有高的激光损伤阈值的原因，为后续有机-无机复合非线性光学晶体的研究指明方向。在THz波段，有机-无机复合DAST等晶体具有一定优势，这个方向值得继续探索。
众所周知，能源问题是全世界都关注的焦点，近年来，有机-无机复合钙钛矿薄膜太阳能电池效率持续被刷新，引起包括产业界的关注，相关的体单晶有没有可能在能源领域开辟一片天地？
是的，正如大家都知道的，有机-无机复合钙钛矿电池的转换效率不断提升，经过认证的转换效率已经超过26%，国内外投资此类钙钛矿太阳电池的公司也在不断增加，户外的太阳电池发电模组也不断涌现。当然，这些太阳电池用的都是有机-无机复合钙钛矿无定形薄膜材料。尽管有机-无机复合钙钛矿太阳电池发展迅速，但也面临着不少问题，包括：太阳电池的经时稳定性，含铅材料的毒性等。从理论上来说，基于有机-无机复合钙钛矿单晶的太阳电池将具有更好的稳定性和更高的转换效率。但目前基于有机-无机复合钙钛矿单晶的太阳电池的转换效率只有22%左右，其稳定性比基于无定形薄膜材料的还差，其根本原因是人们对有机-无机复合单晶材料太阳电池的研究时间还很短，还有很多问题没有得到解决，其最基本的问题在于还没有发展出好的制备大面积、高质量有机-无机复合钙钛矿单晶薄膜的方法。相信随着研究的深入，这些问题能够得到解决。我认为基于有机-无机复合单晶薄膜的太阳电池将与无定形薄膜并驾齐驱或实现超越，就像单晶硅太阳电池超越无定形硅太阳电池一样。当然，在单晶硅上叠层有机-无机复合钙钛矿薄膜单晶，也可能是一种很好的制备更高性能太阳电池的方法。
以SiC、GaN为代表的第三代半导体晶体是近年来信息功能晶体领域的热点，也包括Ga2O3等，有机-无机复合半导体晶体也能实现较宽的带隙，是否有可能在信息领域有所突破，需要解决哪些关键问题？
就宽禁带半导体材料而言，有机-无机复合半导体晶体目前还很难与无机半导体相抗衡。这是因为要获得较宽的带隙，首先有机离子不能有大的共轭体系，只能选择一些小的非共轭分子作为配体，但没有共轭体系的有机离子的载流子迁移率又较低。所以个人觉得一般结构的有机-无机复合材料很难获得宽带隙、高载流子迁移率的材料。而且随着无机第三代半导体材料和器件技术的进步，产业应用范围将越来越大，有机-无机复合宽禁带半导体要与其竞争，难度很大。当然，如果有机-无机复合材料在结构方面得到大的改变，发展出新的二维结构或像碳纳米管似的一维结构，以及将来能实现基于单分子的宽禁带半导体器件，那就另当别论了。
在您多年的研究中见证了多个“中国牌”晶体的由无到有，中国晶体研发实力的由弱到强，诸多的有机-无机复合晶体中有没有可能冒出新的“中国牌”晶体，需要大家在哪些方面持续努力？
是啊，老一辈晶体材料科学家经过不懈努力，在硼酸盐、磷酸盐等方面发现了“中国牌”晶体或发展了大尺寸、高质量晶体制备技术，创造了属于他们的辉煌时代，很值得我们为前辈骄傲。至于有机-无机复合晶体，我前面已经提到，LAP晶体曾被美国光学学会列为最有发展前景的非线性光学晶体之一，但可惜的是后来的研究中断了。要冒出新的“中国牌”晶体，需要多方面的努力，包括科研评价体制、机制方面的改革；如何吸引和培养大批真正喜欢晶体材料的青年；如何能使大家以平常心看待各种评估和荣誉；如何做到研究、解决问题而不仅仅是为了发文章等。当然，晶体材料领域内各位的努力和协作至关重要。晶体生长是科学和技艺结合的学科，需要具有“十年磨一晶”的自觉，实际上具有基础性应用的单晶硅等半导体晶体和大尺寸KDP晶体，持续研究均超过60年。最近几年，我们国内报道了不少新晶体，不过，能否成为新的“中国牌”晶体，还得接受系列实践检验！
在有机-无机复合晶体材料方面，金属离子除了常用的Pb2+、Sn2+、Bi3+等外，基于Cu+的钙钛矿类材料可能在闪烁、发光、太阳电池等领域找到新的应用，值得关注。
最后一个问题是关于《人工晶体学报》的，作为我们国家人工晶体领域唯一的专业性学术期刊，我们的老一辈科学家，包括蒋民华院士等，为期刊的创刊和发展倾注了不少心血，很多原创性成果都发在了《人工晶体学报》上。如今您作为期刊的副主编，同时还赶上了国家推动科技期刊繁荣发展的好时代，对于期刊的未来发展有什么好的建议，如何让更多年轻人愿意把自己原创性研究发表在《人工晶体学报》上？
《人工晶体学报》是我们晶体材料界唯一的专业学术期刊，有五十年的办刊历史。可以这么说，我们国内重要的晶体材料研究成果均在该刊上有介绍，我的第一篇文章也发在《人工晶体学报》上。当然，前几年，随着低维材料的快速发展，以介绍体块晶体材料研究成果为主的《人工晶体学报》也面临着不少困难。其实，这不是我们国内独有的问题，国际上著名期刊Journal of Crystal Growth的影响因子也一直上不去，许多人们心中的传统优秀期刊的影响因子也不高。这主要是以影响影子评价期刊或研究成果的风气造成的，在我们国内尤甚。有鉴于此，国家近年出台了各种政策，包括“破五唯”、推动中国科技期刊繁荣发展等。应该说，随着这些政策的实施，我们《人工晶体学报》又迎来了新的发展时期，主编祝世宁院士、执行主编彭珍珍老师和编委会各位顾问专家、编委、青年编委等对于期刊的未来发展提了不少好的建议，近年已经在逐步实施，取得了明显的效果。
至于如何让更多年轻人愿意把自己原创性研究发表在《人工晶体学报》，我觉得根源还是在所谓的评价问题上。如果发表在《人工晶体学报》上的文章不能用于学生毕业或青年老师的业绩计算上，问题就不容易解决。我觉得在国家政策已经倾向支持中文期刊的时候，我们几个晶体研究的主要单位能否要求所在主管部门承认发表在《人工晶体学报》上的论文可以用于学生毕业，起码可以用于硕士毕业？我们能否每年从发表在《人工晶体学报》上的论文评选几篇优秀研究论文并给予适当奖励，并在人工晶体材料青年学术会议上给予表彰？假以时日，相信我们的《人工晶体学报》会吸引更多的优秀原创成果。我期待着晶体材料相关的青年学者像我当年一样，看到自己的第一篇研究成果发在《人工晶体学报》上而兴奋的那一天再次到来！
访 谈 编 委
徐亚东(1982—)，博士，西北工业大学教授，凝固技术国家重点实验室副主任，国家级青年人才。《人工晶体学报》青年编委。长期从事半导体辐射探测晶体材料与器件研究。主持省部级以上科研项目20余项，发表高水平学术论文100余篇，授权国家发明专利16项，美国专利1项，编制国家标准1项，作为主要完成人获国家技术发明二等奖1项，陕西省科技奖一等奖2项。
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