作為代表中國科學(xué)技術(shù)方面的最高學(xué)術(shù)和研究中心的中國科學(xué)院，材料領(lǐng)域的研究在國內(nèi)首屈一指，其下面的兩朵金花——同樣坐落于北京的中國科學(xué)院物理研究和中國科學(xué)院化學(xué)研究所，更是材料科學(xué)界兩顆閃耀的明星。
據(jù)理財周報調(diào)查統(tǒng)計，中科院物理研究所一共18個科研機構(gòu)，包括3個國家重點實驗室，6個院重點實驗室，3個所級實驗室以及6個研究中心，這些實驗室和研究中心基本上都涉及材料相關(guān)方面的研究。化學(xué)研究所則有14個科研機構(gòu)，包括3個國家重點實驗室，8個中國科學(xué)院重點實驗室，1個中國科學(xué)院先進(jìn)高分子材料創(chuàng)新工程中心，1個所級實驗室和1個分析測試中心。
物理研究所：發(fā)現(xiàn)量子反常霍爾效應(yīng)，有望沖刺諾貝爾獎
從中關(guān)村東路的保福寺橋南站穿過中國科學(xué)院基礎(chǔ)科學(xué)園區(qū)，走大概五分鐘的路程，就到達(dá)中國科學(xué)院物理研究所。研究所里的建筑并不多，以紅白相間的色調(diào)為主，加上建筑周圍裝點的園林綠化，里面并沒有想象中的古板和嚴(yán)肅。
雖然這是個研究所，它看起來卻像是一個教學(xué)與科研相結(jié)合的教研基地。
在中科院物理研究所，除了科研人員和技術(shù)支撐人員外，很多實驗室或課題組的人員都是來自中國科學(xué)院大學(xué)（簡稱“國科大”）的研究生和博士生。因為國科大采用“兩段式”的培養(yǎng)模式，所以在校的學(xué)生都會經(jīng)歷在集中教學(xué)園區(qū)完成為期一年的課程教學(xué)，然后進(jìn)入研究所跟隨導(dǎo)師在科研實踐中開展課題研究并完成學(xué)位的過程。而其中，有100多位中國科學(xué)院和中國工程院的院士，是從中國科學(xué)院大學(xué)的歷屆畢業(yè)生中出來的。
“在這里的研究生活不會枯燥啊，周圍挺熱鬧的，東門出去是保福寺橋南站，交通便利，西門是融科大廈，里面有搜狐的媒體中心，平時都會在周邊看電影。”一位在中國科學(xué)院物理研究所軟物質(zhì)物理重點實驗室的研究人員告訴記者。
看起來研究所周圍生活的環(huán)境很開放，其實要進(jìn)入研究所的實驗室還是有非常嚴(yán)格的要求。“我們進(jìn)入實驗室都需要用門禁卡，一般人都不能輕易進(jìn)入。”上述研究人員說道。
事實上，中科院物理研究所里面的每個實驗室跟普通大學(xué)里面的實驗室有很大的區(qū)別。它不僅是教學(xué)中心，也是中國的科技前沿，里面的每一項研究都可能涉及國家的戰(zhàn)略需求。
目前，物理所有超導(dǎo)、磁學(xué)、表面物理3個國家重點實驗室，光學(xué)物理、先進(jìn)材料與結(jié)構(gòu)分析、納米物理與器件、極端條件物理、軟物質(zhì)物理、清潔能源前沿研究6個院重點實驗室，凝聚態(tài)理論與材料計算、固態(tài)量子信息與計算、微加工實驗室3個所級實驗室，它們與國際量子結(jié)構(gòu)中心、量子模擬科學(xué)中心、北京散裂中子源靶站譜儀工程中心、清潔能源中心、超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用中心、功能晶體研究與應(yīng)用中心等6個研究中心共同構(gòu)成物理所的研究體系。
“物理所除了理論組外其他或多或少都要涉及到一點材料，超導(dǎo)組、先進(jìn)材料組、清潔能源組等做材料就更多了，沒有材料研究就無法進(jìn)行。在物理所超導(dǎo)材料最多，很多實驗室都有涉及到。像我們先進(jìn)材料實驗室，雖然做的是新材料，但是還是以超導(dǎo)為導(dǎo)向的，目前臨界溫度很低，幾乎無法應(yīng)用到現(xiàn)實生活中。”一位中國科學(xué)院物理研究所先進(jìn)材料與結(jié)構(gòu)分析實驗室（電子顯微鏡重點實驗室）課題研究A06組研究人員告訴理財周報記者。
上述的超導(dǎo)組其實就是中科院物理研究所里面的3個國家重點實驗室之一，其全稱是超導(dǎo)國家重點實驗室。該實驗室的研究方向主要包括超導(dǎo)材料和超導(dǎo)物理、銅氧化合物高溫超導(dǎo)體以及其他新型超導(dǎo)材料。
實驗室下面設(shè)有8個課題組，課題對象包括新型超導(dǎo)體的薄膜制備及物理研究、介觀尺度超導(dǎo)體中的量子現(xiàn)象、新超導(dǎo)材料探索和相關(guān)機制研究、超導(dǎo)薄膜材料和器件的物理及應(yīng)用、超導(dǎo)材料和其它量子材料的光電子能譜研究、通過中子散射研究包括鐵基和銅氧化合物超導(dǎo)體在內(nèi)的強關(guān)聯(lián)材料、新奇超導(dǎo)體功能與機制的核磁共振研究以及新材料探索與單晶制備。
據(jù)記者了解，超導(dǎo)國家重點實驗室的研究員大都是具有在國外頂級實驗室學(xué)習(xí)或者工作的經(jīng)驗。比如，“新型超導(dǎo)體的薄膜制備及物理研究”課題組組長曹立新曾先后在日本東北大學(xué)金屬材料研究所、德國馬普固體研究所、歐洲同步輻射中心、美國西北大學(xué)材料科學(xué)與工程系工作。“通過中子散射研究包括鐵基和銅氧化合物高溫超導(dǎo)體在內(nèi)的強關(guān)聯(lián)材料”課題組組長謝鵬程從2001年至今一直是美國橡樹嶺國家實驗室的客座科學(xué)家、2008年至今擔(dān)任美國田納西大學(xué)先進(jìn)材料聯(lián)合研究所杰出物理講座教授。
中科院物理研究所另一個國家重點實驗室——表面物理國家重點實驗室已經(jīng)聞名于世。該實驗室以物質(zhì)表面和界面為主要研究對象，使用高精度原子尺度實驗工具，開展的是跟信息科學(xué)、納米科學(xué)和能源科學(xué)有直接聯(lián)系的材料制備、物性表征、功能調(diào)控等方面的研究。
今年，表面物理實驗室的團隊與清華大學(xué)物理系共同研究發(fā)現(xiàn)了量子反常霍爾效應(yīng)，這項研究發(fā)現(xiàn)被著名物理學(xué)家楊振寧稱為“諾貝爾獎級”的科研成果，該研究團隊的領(lǐng)銜人物是清華大學(xué)薛其坤院士。
1999年至2007年薛其坤在中國科學(xué)院物理研究所任研究員，1999年至2005年任表面物理國家重點實驗室主任。從1992年讀博士開始，薛其坤就開始從事薄膜生長動力學(xué)的系統(tǒng)研究，至今已有20多年的經(jīng)驗，他因此獲得兩項國家自然科學(xué)二等獎。“我們課題組現(xiàn)在用的實驗室就是當(dāng)時薛其坤院士做研究的時候用過的。”上述軟物質(zhì)物理研究重點實驗室的研究人員向記者介紹。
而據(jù)知情人士透露，薛其坤教授的這一重大研究成果有望沖刺諾貝爾獎。
先進(jìn)材料與結(jié)構(gòu)分析實驗室是中科院物理研究所的另一個重點材料實驗室，但是該實驗室偏向的主要是電子顯微鏡學(xué)理論和實驗方法的研究，以及其在凝聚態(tài)物理學(xué)、材料學(xué)及生命科學(xué)中的應(yīng)用。
“我們最近一直在做新型超導(dǎo)體材料以及較為成熟的超導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)表征的研究。”上述先進(jìn)材料與結(jié)構(gòu)分析實驗室課題研究組研究人員向記者透露。
當(dāng)記者問及中科院物理研究所材料研究所成果產(chǎn)業(yè)化的情況，上述研究人員坦言，“說到實際運用，這大概是中國科學(xué)院與中國工程院的最大區(qū)別了。科學(xué)院大部分研究內(nèi)容離現(xiàn)實應(yīng)用較遠(yuǎn)，完全以科研為導(dǎo)向，工程院以應(yīng)用為導(dǎo)向，所以我們合作的公司也比較少，所有研究經(jīng)費都是來自于國家科研基金。”
不過，據(jù)記者了解到，中科院物理研究所也有不少公司與研究所實驗室共同合作項目的例子。2011年，中國科學(xué)院物理研究所與北京天科合達(dá)藍(lán)光半導(dǎo)體有限公司的CTO陳小龍等共同發(fā)明了一種新型半導(dǎo)體薄膜材料石墨烯在碳化硅基底上外延生長的方法，使用該發(fā)明的方法可以制備出大面積、高質(zhì)量的石墨烯。
此外，中科院物理研究所跟蘇州星恒電源有限公司、IBM、英偉達(dá)等公司也有相關(guān)的合作。
化學(xué)研究所：三個國家重點實驗室
從中國科學(xué)院物理研究所出來，穿過中關(guān)村三橋，沿著中關(guān)村北一街直走，就能到達(dá)中國科學(xué)院化學(xué)院研究所。以兩個研究所為中心向北輻射是清華大學(xué)，向西輻射是北京大學(xué)，向南輻射是人民大學(xué)，向東輻射則是更多像北京航空航天大學(xué)這樣技術(shù)專業(yè)方向更強的高校，包裹在林立的高校當(dāng)中，兩個研究所的學(xué)術(shù)與研究地位更加令人心生仰望與敬畏之情。
與中科院物理研究所一樣，中科院化學(xué)研究所也是教學(xué)研究相結(jié)合的模式，很多化學(xué)專業(yè)拔尖的研究生和博士生都在這里接受著“兩段式”的培養(yǎng)模式。
中科院化學(xué)研究所使命之一是成為“建設(shè)和完善面向國家重大戰(zhàn)略需求的先進(jìn)高分子材料基地”，現(xiàn)在主要學(xué)科方向為高分子科學(xué)、物理化學(xué)、有機化學(xué)、分析化學(xué)，在分子與納米科學(xué)前沿、有機高分子材料、化學(xué)生物學(xué)、能源與綠色化學(xué)領(lǐng)域都有研究。
化學(xué)研究所的三個國家重點實驗室包括與大連物化所合建的分子反應(yīng)動力學(xué)實驗室、與北京大學(xué)合建的分子動態(tài)與穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)實驗室以及與長春應(yīng)用化學(xué)所合建的高分子物理與化學(xué)實驗室。
在材料研究方面，分子反應(yīng)動力學(xué)研究能促進(jìn)化學(xué)學(xué)科在催化基礎(chǔ)研究、材料的合成與應(yīng)用，高分子物理與化學(xué)實驗室則關(guān)注分子水平到宏觀材料，研究不同狀態(tài)下高分子的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系以及材料加工、開發(fā)、應(yīng)用中的基本問題。
有機固體重點實驗室則針對的是分子材料的基礎(chǔ)研究、分子材料中重要的物理化學(xué)現(xiàn)象和過程研究、分子材料中微尺度效應(yīng)的研究等。
“有機固體實驗室的高分子材料主要是進(jìn)行有機合成，在疾病的檢測和癌癥的診斷方面的能起到作用。”中國科學(xué)院化學(xué)研究所有機固體實驗室一位研究人員告訴記者。癌細(xì)胞與材料表面的相互作用是生物界面化學(xué)研究的前沿?zé)狳c之一，而化學(xué)所有機固體實驗室近期也在癌細(xì)胞捕獲與釋放研究上取得了系列新進(jìn)展。
此外，該有機固體實驗室在有機薄膜晶體管的制備、石墨烯可控制備和性能方面的研究也在今年取得了不錯的進(jìn)展。
工程塑料重點實驗室也是化學(xué)所研究材料的重地。這個實驗室除了研究以高分子復(fù)合材料和俠義的工程塑料和高分子材料科學(xué)之外，還關(guān)注納米復(fù)合材料、生物醫(yī)用高分子材料、環(huán)境友好高分子材料和聚烯烴合金新材料的合成與制備。該實驗室在這些領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化實施方面一直居于國內(nèi)領(lǐng)先地位。
此外，分子納米機構(gòu)與納米技術(shù)實驗室，膠體、界面與化學(xué)熱力學(xué)實驗室，分子識別與功能實驗室，活體分析化學(xué)實驗室，高技術(shù)材料實驗室和綠色印刷實驗室都占領(lǐng)了國家相關(guān)材料研究的高地。
“納米材料的研究都還是比較基礎(chǔ)的階段，用到實際生活中的還是相對比較少。仿生材料投入市場的成本比較高，現(xiàn)在投產(chǎn)規(guī)模比較大的是太陽能電池和鋰離子電池。”上述化學(xué)所的研究人員表示。
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