2016年度＂中国高等学校十大科技进展＂入选项目

一、世界上第一个真正稳定可控的单分子电子开关器件

利用单分子构建电子器件对于突破半导体器件小型化发展的瓶颈具有重要意义。实现可控单分子电子开关功能是验证分子能否作为电子器件核心元件的关键。20世纪70年代以来，设计和构建稳定可控的单分子器件，探索它们与微电子技术的兼容性，获得真正意义上的分子电子开关，在当代纳米电子学研究中具有重要的科学意义。

郭雪峰的团队围绕单分子光电子领域进行了九年的艰苦研究和不断探索。他们创造性地开发了以石墨烯为电极，通过共价键连接的稳定单分子器件的关键制备方法，解决了单分子器件制备困难、稳定性差的问题。在此基础上，通过面向功能的分子工程，成功克服了二芳基分子与石墨烯电极之间强耦合的核心挑战问题，从而突破性地构建了一类完全可逆的光诱导和电场诱导双模单分子光电器件。这项研究使中国诞生了世界上第一个真正稳定可控的单分子电子开关器件。这也是几十年来中国在分子电子学领域的科学研究首次发表在《Science》杂志上。

该论文发表于2016年6月17日《Science》，并申请了发明专利。本研究证明功能分子可以作为构建电子电路的核心元件，这是功能分子应用于实际电子器件的关键步骤。与此同时，《Science》发表了长篇积极评论，得到了国内外同行的广泛认可和各种媒体的高度重视。

第二，同时发现手征对称性和空间反射对称性的自发破缺

对称性及其打破是基本的科学问题。手性对称(也称手性)广泛存在于自然界，如左手和右手中的手性、贝壳、一些化学和药物分子等。梦洁和他的合作者在1997年预言了核水平的手征对称性，后来得到证实，引起了广泛的关注。探索原子核的手征对称性可以获得原子核形状及其运动模式等信息，具有重要的科学意义。

北京大学梦洁教授领导的研究团队长期致力于原子核手征对称性的研究，并取得了持续的进展。2006年，它预测了原子核的多重手征对称性，刺激了相关的国际研究，促进了实验验证和确认。手性核Br-80于2011年被发现，将核的手性对称性研究扩展到一个新的核区域。2016年，通过重离子聚变蒸发反应，利用束符合、带电粒子符合和线偏振等实验测量方法，在Br-78核中发现了表征八极关联的两个具有相反宇称和偶极跃迁的手性双带，并给出了手性对称性和空间反射对称性同时自发破缺的证据。

研究结果于2016年3月发表于《物理评论快报》，并被选为封面文章。这是中国核物理领域学者发表的第一篇封面文章。这项工作发现了最轻的手性核Br-78和同时自发打破手性对称和空间反射对称的证据，加深了对核的复杂结构及其表现的理解。

三、高效高比冲磁聚焦霍尔推进技术

2016年11月3日，中国空间电力推进技术取得重大进展。由哈尔滨工业大学于达仁教授、贾德昌教授和中国航天科技集团公司第五研究所502研究所共同研制的磁聚焦霍尔推力器HEP-100F成功搭载长征五号运载火箭，并对实际的17颗卫星进行了飞行验证。这是磁聚焦霍尔推力器在世界上首次实现空间应用。

目前，磁聚焦霍尔推力器已经完成了包括ig在内的所有在轨检查

14年来，团队充分发挥跨学科研究的创新优势，先后突破了宽范围磁聚焦、热/电/磁耦合设计、放电低频振荡控制、低功耗高可靠性空心阴极稳定放电、抗离子溅射氮化硼基特种陶瓷材料等关键技术。研制的磁聚焦霍尔推力器比冲比SPT-100高20%，羽流发散角低60%，大大降低了推力器的燃料消耗，也大大降低了羽流对航天器的影响，为我国新一代长寿命空间平台提供了一种具有自主知识产权的新型电力推进技术。这项成果将为中国新一代通信卫星、遥感卫星、空间站和深空探测提供技术支持，是国际电力推进技术发展史上的一个重要里程碑。

4.高效钙钛矿发光器件的研究

照明对人类文明的重要性是不言而喻的。从古代火炬和中世纪蜡烛到现代油灯、现代电灯和现代发光二极管，人类对新光源的探索从未停止过。目前，照明消耗了世界发电量的30%以上。探索环保、高效和节能的照明系统越来越重要。有机-无机杂化钙钛矿材料因其优异的发光性能和大面积低成本加工的潜力，在照明和显示领域具有广阔的前景。

南京工业大学黄炜院士和王建普教授领导的创新团队是世界上最早实现这类材料发光潜力并致力于制备钙钛矿型发光二极管器件的团队之一。2016年，他们创造性地使用溶液自组装方法制备了具有多量子阱结构的钙钛矿发光材料。该材料不仅保持了二维钙钛矿成膜质量高、稳定性好的优点，而且能够在不同带隙的量子阱之间产生快速的阶跃能量转移，有效克服了二维钙钛矿的激子在常温下容易淬灭的缺陷。世界上首次实现了外部量子效率为11.7%的高效钙钛矿电致发光器件，该器件的寿命比三维钙钛矿器件长两个数量级。

一系列创新研究成果先后在国际顶级学术期刊上发表，并申请了两项发明专利。其中，代表性成果发表在2016年9月26日的《自然光子学》上。钙钛矿型发光器件的外量子效率超过10%在世界上尚属首次，也是目前世界上此类器件的最高效率。这为钙钛矿材料及其在发光领域的研究开辟了一个新的方向。

五、复杂电网自律协调无功电压自动控制系统的关键技术及应用

电压是智能电网运行的核心指标。电压问题已经成为世界上所有大停电的主要原因，也是可再生能源大规模并网的主要障碍。复杂电网电压控制是一个世界性的问题。在这一领域的国际权威研究和美国一流大学的研究小组搁浅后，美国电网转向寻求与该项目组的合作。

20多年后，该项目创造性地提出了“自律与协调”的技术路线，突破了从单一控制中心到多个控制中心、从常规电网到可再生能源电网、从中国电网到北美电网等一系列应用自动电压控制的关键问题，开发了自主知识产权的自动电压控制系统，并在中国6个地区电网得到应用。 22个省级电网和6个10兆瓦的风电和风电基地，控制了全国56%的常规机组和37%的风电/风电机组，在智能电网安全经济运行和大规模可再生能源接受方面取得了巨大的经济效益和社会效益。 同时，该项目突破了美国三轮严格的信息安全检查，历时3年零4个月，所以