科学研究：

研究方向：

1、有机光子学 以有机非线性光学晶体为核心，研究有机晶体的分子及材料设计，生长，加工与器件制作技术，开发用于光通讯，电磁波检测，特殊波段电磁波发生的有机晶体材料和器件；研究有机高分子光电子功能材料的结构与功能间的关系，探索新的适合于不同用途的功能性材料的分子设计原理，设计并制备相关的光电子功能材料与器件。

2、纳米光子学 研究非线性纳米光子学的基本原理与方法，进行相关功能性材料的设计与合成，开发新型三维微纳尺度光电功能性器件的制备技术，研究相关器件的工作原理，特性，设计及应用。

3、生物光子学 研究生物荧光探针分子的分子设计、合成及特性；以激光扫描显微技术为基础，开展生物与医学用的实时观测技术的研究工作。

承担的科研情况：

1.中国科学院“引进国外杰出人才”计划项目：有机高分子光电功能材料与器件。

2.中国科学院与日本科学技术振兴机构国际合作项目：非线性纳米光子学。

3.中国科学院知识创新工程重要方向项目：材料与生物结构的高分辨纳米表征检测技术。

科研成果：

所研制的飞秒激光加工系统的加工分辨率达到目前国际上尚未见报道的15纳米，为加工所用激光波长的五十分之一，并成功制备了微尺度三维金刚石结构及微尺度光波导结构。在纳米光子材料与器件研究方面，提出了原位合成高分子纳米材料的新思路，并成功地将其运用到高分子半导体纳米复合材料、高分子金属纳米复合材料的三维微结构的制备中，已获得多种纳米复合材料的三维微尺度结构，并通过上述方法将高分子纳米复合光子材料的折射率从1.45提高到了1.70，所制备的三维光子晶体观察到相应的光子带隙，该成果被MRS Bulletin等杂志引用评述。利用在高分子材料中双光子光化学还原金离子的方法，获得了具有周期性结构的高分子/金纳米粒子复合材料，并进一步利用金纳米粒子的表面等离子吸收效应将高分子加热分解，制备了由金纳米粒子组成的、一维分布宽度为数十纳米的金纳米粒子二维阵列，该成果在美国材料学会及《Appl. Phys. Lett.》上发表后已被多次引用并被Laser Focus World杂志予以报道。

发明专利：

1 用激光在光敏性材料中制有多重周期微结构的方法及系统 段宣明; 董贤子 中国科学院理化技术研究所 2006-07-05

2 V型共轭光吸收用有机盐化合物及其用途 段宣明; 陈卫强; 谷杰; 董贤子 中国科学院理化技术研究所 2007-01-03

3 一种利用激光在光敏性材料中制有多重周期微结构的系统 段宣明; 董贤子 中国科学院理化技术研究所 2006-06-14

4 一种水溶性纳米四氧化三铁的制备方法 段宣明; 熊忠; 陈卫强 中国科学院理化技术研究所 2009-12-23

论文专著：

在包括Adv. Mater., APL, JPC等国际学术期刊和国际会议上发表论文近70余篇，其中25篇论文被SCI核心刊物他引超过200次，9次在相关国际会议及国际著名研究机构做邀请报告。

发表论文：

1 光学透明的硒化镉/聚合物纳米复合材料制备研究 金峰; 陈卫强; 段宣明 中国化学会第27届学术年会第12分会场摘要集 2010-06-20

2 光子晶体谐振腔中染料掺杂聚合物膜的多模式激射研究 师兰婷; 金峰; 董贤子; 陈卫强; 赵震声; 段宣明 中国化学会第27届学术年会第12分会场摘要集 2010-06-20

3 基于咔唑的新型双光子聚合引发剂的合成及其性质 卢维尔; 董贤子; 陈卫强; 段宣明 中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集 2010- 06-20

4 原位合成法制备硫化铅-聚合物纳米复合材料 王卉; 金峰; 段宣明 中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集 2010-06-20

5 光功能化的树形大分子在溶液中的荧光增强效应 李春芳; 董贤子; 陈卫强; 段宣明; 侯万国 中国化学会第十二届胶体与界面化学会议论文摘要集 2009-08-17

6 双光子三维微结构快速制备技术 董贤子; 段宣明 光学精密工程 2007-04-15

7 具有C_(2v)对称性二苯并噻吩衍生物的合成及光学特性 林玉福; 陈卫强; 段宣明 北京化工大学学报(自然科学版) 2007-07-20

8 新型有机盐光引发剂的双光子聚合特性研究 王雨兰; 陈卫强; 董贤子; 杜振霞; 段宣明 感光科学与光化学 2007-09-15

9 树枝形分子的合成及其对纳米硫化镉生长的控制 刘少锋; 陈卫强; 杜振霞; 段宣明 北京化工大学学报(自然科学版) 2007-09-20

10 新型双光子引发剂9-苄基-3,6-二[2-(吡啶-4-基)-乙烯基]咔唑的合成及其聚合特性 尹龙; 杨俊佼; 陈卫强; 段宣明 北京化工大学学报(自然科学版) 2007-11-20

11 秒激光双光子微纳加工技术及其在光子学微器件制备中的应用 段宣明 功能材料信息 2007-10-31

12 飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术及其应用 董贤子; 陈卫强; 赵震声; 段宣明 科学通报 2008-01-15

13 直接驱动快点火Au-CD锥壳靶的研制 杜凯; 张林; 周兰; 罗炫; 万小波; 袁光辉; 段宣明 原子能科学技术 2008-11-20

14 周期渐变型准金刚石结构光子晶体的双光子聚合纳米加工技术 董贤子; 赵震声; 段宣明 材料工程 2008-10-20

15 高分子纳米复合材料的微纳尺度三维结构的制备与在光子学中的应用 段宣明; 孙洪波; 河田聪 纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集（下卷） 2003-09-01

16 高分子纳米复合材料三维光子晶体的制备与光学特性 段宣明; 孙洪波; 河田聪 中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集 2003-06-30

17 荧光波长可调CdS纳米复合材料的制备与微结构 孙正滨; 董贤子; 金峰; 熊忠; 陈卫强; 段宣明 中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集（上册） 2006-07-01

18 基于光子晶体的染料掺杂聚合物体系的激射行为研究 金峰; 李春芳; 董贤子; 陈卫强; 段宣明 中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集（下册） 2006-07-01

19 纳米尺度双光子聚合及其在三维微结构加工中的应用 段宣明; 董贤子; 陈卫强 2007年全国高分子学术论文报告会论文摘要集（上册） 2007- 10-01

20 双频率带隙三维光子晶体双光子聚合制备及性能研究 亚琪; 陈卫强; 董贤子; 段宣明 2007年全国高分子学术论文报告会论文摘要集（上册） 2007-10-01

21 褪色法检测稀溶液中碳硅氧烷树枝状分子的临界聚集浓度 郑美玲; 陈卫强; 段宣明 中国化学会第26届学术年会分析化学分会场论文集 2008- 07-01

22 吖内酯纳米晶体的可控制备及结构与光学特性研究 郭兆琦; 陈卫强; 段宣明 中国化学会第26届学术年会纳米化学分会场论文集 2008-07-01

23 双光子聚合三维微纳荧光图案化研究 金峰; 董贤子; 陈卫强; Satoru Shoji; 段宣明; Satoshi Kawata 中国化学会第26届学术年会光化学分会场论文集 2008-07-01

24 三维微纳结构的分子设计与表面荧光分子修饰 师兰婷; 董贤子; 陈卫强; 段宣明 中国化学会第26届学术年会光化学分会场论文集 2008- 07-01

25 含硅树枝状分子在纳米光子学中的应用研究 陈卫强; 郑美玲; 李春芳; 金锋; 董贤子; 段宣明 中国化学会第26届学术年会应用化学分会场论文集 2008-07-01

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荣誉奖励：

1.2002年入选中国科学院“引进国外杰出人才”（百人计划）计划。

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媒体报道：

为发“光” 燃烧自己——专访中国科学院理化技术研究所段宣明博士

神奇的光子

生活中，人们都很熟悉光，那么，您知道光子吗？

光，总能让人联想到灯光、望远镜、显微镜。可提起光盘、激光打印机、扫描仪、传真机恐怕您一定耳熟能详吧？这就是神奇的光子带给我们的高科技成果。

说到这，您一定对他——段宣明博士，一个与光子较上劲儿的学者发生兴趣了！60年代生于巴蜀之地，年轻的段宣明博士始终孜孜不倦，刻苦钻研，为我国光子学以及光子技术的发展做出了不可磨灭的贡献。在光子时代已然来临的今天，是他让中国人可以挺直腰杆，骄傲地说:我们走在世界前列！

寂寞芳菲路

回首昨天，我们满眼都是段宣明博士与光子学的笃深情谊。在学术攻坚的道路上，他是寂寞的，可一路走来，那满眼的芬芳又是那么令人心生艳羡！

1979年9月，大连理工大学化工学院高分子材料专业选择了段宣明或许真是慧眼识才。多年以后，他以自己的辉煌成就向母校提交了一份喜人的汇报书。

大连理工大学专业的基础教育为段宣明打下了良好的知识基础。毕业后，他先后在四川宜宾天原化工厂研究所、重庆大学化工学院任职，废寝忘食，深深沉醉，他在科研上已然小有成就。

为开阔视野，缩短学术进步历程，1992年段宣明毅然留学海外，来到日本东北大学多元物质科学研究所所长、有机非线性光学材料领域国际著名学者中西八郎教授实验室，在这里揭开了他与光子较劲的历程。在1998年顺利获得理学博士学位后，他先后在日本理化学研究所任基础科学特别研究员、日本科学技术振兴机构任重大项目研究员。一步一个脚印的踏实努力使段宣明博士在学术路上显示出巨大的潜力，从化学、材料到光学、激光技术的不同领域的积累使他具备了在需要多学科知识的交叉前沿科学领域开展研究工作的基础，海外的学习环境更给了他开阔的视野和先进的研究方法……他在科研道路上如鱼得水，蒸蒸日上！留学期间，他研读书籍，请教专家，反复试验，一次一次地求证，一次一次地推演，承担了多个重大项目和课题，在有机非线性光学材料的研究工作中取得多项具有创新意义的重要研究成果，在该领域大展锋芒！从1994年开始，他作为主要研究人员参与并完成了多个重大项目，包括日本文部省重点研究领域重大项目：有机非线性光学材料光波调制，日本新能源新产业技术机构(NEDO)重点项目：有机非线性光学晶体，日本科学技术振兴机构(JST) 战略性创新基础研究计划重大项目(CREST)：非线性纳米光子学……他通过自身努力在科研上取得了丰硕成果，对光子学的发展起到了重大推动作用，也奠定了他在国际光子学研究领域的地位！他利用HRS首次对离子性分子的超分极率进行了系统评价，发现其拥有较中性分子大数倍的超分极率，并理论计算证明了超分极率与晶体非线性光学特性实验值吻合,为进行非线性离子性分子的分子设计提供了实验基础。该成果在SPIE年会上报告后获得好评，美国著名科学家、时任《Science》杂志编委的Marder教授在其发表的综述中对该成果进行了评述；在运用HRS评价超分极率的初期，他提出利用HRS评价超分极率时所用溶液浓度是能否正确评价超分极率的关键因素之一，为建立准确的评价方法提供了重要依据。该成果发表后，HRS发明者、比利时科学家Persoons教授即指出：日本的研究组在使用HRS进行超分极率测定时，发现溶液浓度对所获得的超分极率实验值将有所影响；他还发现了获得具有非中心对称性晶体结构的一些基本规律，为晶体结构对称性控制提供了新的方法论，为二阶非线性光学晶体的晶体工程研究提供了新的基本思路。该成果被日本文部省有机非线性光学材料光波调制重点研究领域首席科学家Miyata教授在日本光学学会杂志《光学》所发表的介绍日本文部省“重点领域研究”中重要研究成果特集的“卷头语”中作为成功案例进行了介绍，被认为是世界最高水平的成果，段博士亦因此受邀就相关工作撰写了综述；段宣明博士通过实验与理论研究提出了通过分子设计可以突破非线性材料的所谓“Trade-Off关系”,为设计新型高性能非线性光学分子提供了新的思路，建立了被称为“Chained Chromophore”的分子设计概念，打破了传统的“Trade-Off关系”，为有机高分子非线性光学材料的研究展示了新的分子设计概念。他的研究结果被作为日本文部省“重点领域研究”所取得的重要成果之一在Miyata教授发表的综述中介绍，比利时 Persoons 教授在他发表的综述中也做了介绍……成功、鲜花、掌声纷至沓来，段宣明博士在学界的影响力与日俱增。可在他年轻的心里，仿佛时刻有一个念头在折磨着他，让他寝食难安……

游子心切 报国情浓

2002年，段宣明博士成功入选年度中国科学院“引进国外杰出人才计划”。欣喜若狂时，他才明白这竟是自己多年的心结。于是，他放弃国外优厚的待遇和先进的实验条件，毅然回到中国科学院理化技术研究所。

他清晰记得那是2003年底，他白手起家，开始实验室建设与研究团队的组建。如今，240平米包括光学超净实验室、化学合成实验室、材料实验室等可进行前沿交叉学科实验的实验室已建成，包括固定研究人员5人、研究生12人的科研团队正精诚合作。短短五年，他以及他的团队所取得的成就令人钦佩，而期间的苦辣酸甜恐怕只有他自己最清楚。

当年，他在中科院科学仪器创新研制项目支持下，凭借多年的科研经验和对光子研究领域的敏锐，亲自带领团队，自主研制《纳米光子学超细微加工系统》，大获成功，这成为他们前进的巨大动力。继而展现出的累累硕果，更让世人不得不向段宣明这位留学归来的博士投以惊异的目光！

作为项目负责人，他勇挑重担！中国科学院“百人计划”项目：有机高分子光电功能材料与器件研究、JST战略创新基础研究重大项目(CREST) “非线性纳米光子学”：纳米光子学用功能复合材料研究、中国科学院科学仪器设备创新研制重点项目：纳米光子学超精细加工系统等等，每个项目他都竭尽全力，精益求精，验收顺利，成果卓著。值得一提的是，段博士留学日本期间作为主要研究人员参与的项目：非线性纳米光子学直到他回国时尚未完成。为保障该项目顺利进行， JST决定与中国合作，将课题组之一设在中科院理化所，专门委任段宣明博士为负责人。段博士不负所托，项目在2006年结题后受到高度评价，并被JST作为其资助的基础研究领域所取得的重大成果之一拍摄成专题电视片，在日本科技专门电视频道《Science Channel》播放，段博士还受到JST特别邀请前往日本参加了专题片拍摄，他在日本乃至世界学界的影响可见一斑。回国后段宣明博士还被日本大阪大学聘为特任教授。

伴随纳米技术的兴起，发展纳米加工技术成为国际关注热点。当前，国际先进的光刻技术在原理上仍沿袭传统光学理论，尚未突破传统光学理论衍射极限的限制，段宣明博士满怀热情迎难而上。

多光子激光微纳加工技术的加工原理与技术深深吸引了段博士，他深入研究后发现采用调节光聚合树脂中光引发剂浓度与激光照射能量及照射时间等方法,可实现对双光子激发所产生的自由基数量进行控制，实现激光加工的纳米尺度分辨率。他利用自主研制的《纳米光子学超精细加工系统》，在玻璃基板表面制备出了直径为50纳米的聚合物纳米线。他在实验中所获得的加工物的长径比降低到1.38，改变了加工物长径比仅由焦点形状决定、无法小于3.0的结论，为实现三维规则结构加工提供了理论与实验基础。

实现多光子激光加工的实用化是更大的难题。段博士设计合成了高效多光子光聚合引发剂，在玻璃基板表面使用仅为0.8毫瓦的低激光能量实现了直径为80纳米的聚合物纳米线，进而在三维空间聚合方式制备的高分子悬空线研究中获得了仅为所使用激光波长五十分之一的直径为15纳米的三维聚合物纳米线，大大超越了激光衍射极限的限制，为日本科学家报道的类似结构分辨率(30纳米)的二分之一，为利用多光子激光直写技术进行纳米加工提供了坚实的实验基础与证据。他采用不同方式所获得的加工分辨率数据均为目前国际上所公开报道的多光子激光直写加工分辨率最高记录。

段博士还提出通过多光束组合与控制技术将微尺度器件制备与组装一次完成的多焦点控制与组装加工方法。他采用振荡级激光器作为光源，利用衍射元件将一束激光分为多束，通过光学系统的设计与调节，实现了可组合的多光束并行加工。他所获得的三维微纳结构可以在尺度、配置、组合等方面进行设计，不仅实现了利用较低成本装备进行快速并行加工，同时为解决微机械与微器件的系统集成加工制备发展了一条实用可行的新技术途径，具有重要的科学意义及潜在的应用价值。

目前，以金、银为代表的金属纳米粒子由于其表面等离子吸收效应，被期待作为传感器在环境检测、疾病诊断等方面得以应用。段博士提出激光干涉技术还原银离子的方法，成功制备了银纳米粒子分布周期最小为200纳米的高分子-银纳米复合材料，并进一步提出利用多光子激光干涉技术还原金离子制备有序金纳米结构的方法，在聚合物介质中获得了具有最小线宽为数十纳米的周期性结构高分子-金纳米粒子复合材料，继而制备出了由金纳米粒子组成的线宽数十纳米、周期数百纳米的二维阵列，被《Laser Focus World》杂志加以评述。

针对国外科学家利用多光子激光直写技术制备出的二维及三维金属微结构是由众多尺寸在200至300纳米的金属颗粒不均匀地堆积而成，难以实现真正应用，段博士提出利用表面活性剂辅助光化学还原金属离子制备金属纳米结构的方法，成功地控制了激光多光子还原所产生的金属纳米粒子尺寸，制备出由直径为20-30纳米的金属纳米粒子组成的、线宽仅为所使用激光波长的七分之一的120纳米金属纳米线结构，实现了大幅度超越光学衍射极限的多光子激光直写技术加工金属结构时的纳米加工分辨率，为进一步利用激光加工技术进行各种基于金属纳米结构的器件制备提供了科学基础与可行的关键技术。

除了多光子激光微纳尺度加工技术研究，材料功能化研究也是光子学研究的重要课题，它是实现器件功能化研究中的重要领域。段博士通过深入研究，在技术上实现了多项突破。

首先，他提出并发展了多光子激光三维微纳结构加工与纳米材料原位合成相结合的纳米复合材料三维微纳结构加工方法，实现了半导体纳米复合材料三维微纳结构加工，首次制备出发光波长可控纳米复合材料三维微纳结构，率先提出利用含有纳米材料前驱体组分的光刻胶进行三维微纳结构加工、再通过原位合成纳米粒子的方式实现纳米复合材料的三维微纳结构加工思路，解决了纳米材料在高粘度光刻胶中难于分散而不能适用于激光三维微纳加工的难题。他设计合成了具有光聚合特性的金属络合物单体，制备出相应的光刻胶，并利用多光子激光三维微纳结构加工技术与纳米材料原位合成技术相结合的方法，首次制备出二氧化钛纳米复合材料的三维微结构。进而，他提出通过调节光刻胶中的交联剂含量控制光固化后所形成的高分子交联网络密度，实现了对原位合成的硫化镉纳米粒子的尺寸控制，所获得的纳米复合材料的荧光发光波长可调。利用上述技术，他制备出了具有多种颜色荧光的细胞尺寸三维微米牛等多种三维微结构。2008年2月21日出版的《自然》杂志在“研究亮点”(Research Highlights)栏目(Nature,2008,451, 868-868)以Lithography: Luminous Lizards为题配以图片对上述结果进行了报道与评述。《自然》杂志在Highlight中指出：They found they could vary the sculptures’colours by altering the size of the nanoparticles and tightness of the resin molecules’weave. Their animal creations are offered as proof of principle for a means of making miniature light-emitting electronics。2008年6月30日自然出版集团（NPG）的Asia Materials网站在“Featured Highlight”栏目以“3D Microstrucutres： In the spotlight”为题进一步进行了报道。

其次，面对利用激光加工技术制备微纳尺度三维复杂结构的巨大挑战，段博士设计了光子晶体中结构最为复杂的金刚石结构三维光子晶体，并从实验上证明了金刚石结构的三维光子晶体，较堆栈结构的三维光子晶体具有更好的光子带隙效应。他利用无机半导体材料具有较高折射率的特点，制备纳米复合材料三维光子晶体，首次成功地制备出二氧化钛纳米复合材料的金刚石结构三维光子晶体。其光透过率从高分子树脂制备的光子晶体的45％降低至20％，显示出纳米复合材料微结构的特异光学特性。该成果在E-MRS、SPIE及IEEE的国际会议上报告后，受到国际会议主席的好评。他在硫化镉纳米复合材料的三维光子晶体的研究中，发现通过原位生成硫化镉纳米粒子后其光子晶体带隙效应获得明显增强，其论文被主编选为Invited Paper在《Applied Physics A》上发表。

此外，他利用树枝状分子对激光染料的包覆作用提高了激光染料发光效率与高分子中掺杂浓度、降低了染料溶液的激射阈值，制备出基于光子晶体的微尺度谐振腔，实现了激射效应，并观察到光子晶体超棱镜现象；他设计合成出激光染料树枝状分子，使高分子中染料含量提高5%，在所制备出的高分子三维纳米线结构中观察到激射效应，为发展微尺度无反射镜、低激射阈值高分子有源器件提供了科学基础与新的技术途径……

“长风破浪会有时，直挂云帆济沧海。”段博士在他的学术之路上一路耕耘，一路奔波，为振兴祖国光子学研究事业兢兢业业，奋斗的脚步从未停歇。目前，他已在国内外核心期刊发表论文60多篇，其中SCI收录刊物40多篇，担任着多个国内重点项目以及国际合作项目和课题的负责人，其中包括JST 战略创新基础研究重大项目(CREST)“等离子体扫描光学显微技术”、中国科学院与JST的国际合作项目：功能性纳米金属结构、中国科学院知识创新方向项目“材料与生物结构的高分辨纳米表征检测技术”、中国科学院国际合作重点项目：人工介质材料与器件制备及应用、科技部国际合作专项：等离子人工介质材料与光功能器件应用研究等等。2004年至今，他14次受邀在国际会议上做特邀报告，多次在国外著名研究机构做专题报告，多次受邀担任国际学术会议委员等，还受邀担任2009有机光电子国际会议暨第11届有机非线性国际会议主席……醉心科研，勇攀高峰，段宣明博士的辉煌成就以及辛苦付出值得敬仰！

为发“光”，他燃烧了自己，将自己的有限时间都投入到了伟大的科研事业中！为了光子学的长足发展，从前，他义无反顾；现在，更是争分夺秒；未来，他必将创造出更大的奇迹!

来源：科学中国人 2008-10-8