美国GE公司采用Ti-48Al-2Cr-2Nb（以下简称4822）合金替代原来的镍基高温合金制造了GEnx发动机最后两级低压涡轮叶片，使单台发动机减重约200磅，节油20%，氮化物（NOx）排放量减少80%，噪音显著降低，用于波音787飞机，2007年试飞成功，2009年正式投入商业运营，成为当时航空与材料领域轰动性的进展。

航空发动机被誉为飞机的心脏，叶片则是航空发动机中最关键的核心部件，其承温能力直接决定着发动机的性能，尤其是推重比。南京理工大学材料评价与设计教育部工程研究中心陈光教授团队的研究成果在材料性能上实现了新的大幅度跨越，所制备的PST TiAl单晶室温拉伸塑性和屈服强度分别高达6.9%和708MPa，抗拉强度高达978MPa，实现了高强高塑的优异结合。更为重要的是，该合金在900℃时的拉伸屈服强度为637MPa，并具有优异的抗蠕变性能，其最小蠕变速率和持久寿命均优于已经成功应用于GEnx发动机的4822合金1~2个数量级，有望将目前TiAl合金的使用温度从650~750℃提高到900℃以上。通常，镍基单晶高温合金的承温能力每提高25~30℃，即为一代新合金。陈光教授团队发明的TiAl单晶合金，一下将承温能力提高了150~250℃以上，是重大突破，属引领性成果。

TiAl合金因其优异的比强度和高温性能，能与高比重钨合金相媲美，已成为有航空航天应用前景的新型高温结构材料及传统高温合金的未来替代材料。有分析表明，未来发动机市场对γ-TiAl低压涡轮叶片的年需求量高达一百万件，将代替目前先进涡轮发动机最后一级较重的镍基叶片。NASA报告指出，到2020年钛铝基合金及其复合材料的用量在航空、航天发动机中将占有20%左右的份额。

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利用单个分子构建电子器件有希望突破目前半导体器件微小化发展中的瓶颈，其中实现可控的单分子电子开关功能是验证分子能否作为核心组件应用到电子器件中的关键步骤。在过去20年，分子开关被广泛的研究，但仅有的几个单分子光开关器件研究工作都只能实现单向的开关功能，如何获得真正意义上的分子电子开关存在着巨大的挑战。最近，北京大学化学与分子工程学院郭雪峰课题组联合美国宾夕法尼亚大学 Abraham Nitzan教授课题组、北京大学信息科学技术学院徐洪起教授课题组及其他合作者协力攻关，利用二芳烯分子为功能中心、石墨烯为电极成功实现了可逆单分子 光电子开关器件的构建。

这一研究成果于2016年6月17日以“Covalently bonded single-molecule junctions with stable and reversible photoswitched conductivity”为题在线发表（Science 2016，17，1443）在国际顶级学术期刊Science（《科学》）上，并申请了发明专利。

郭雪峰课题组围绕着单分子光电子器件研究这个难题，开展了长达8年的潜心钻研和持续攻关。早在 2007年，课题组就利用碳纳米管电极和两种二芳烯分子构建出了具有从关态到开态单向开关功能的单分子光开关器件。为进一步完善单分子器件的制备方法，课题组在2012年发展了利用石墨烯为电极（通常使用纯钨作为电极）的第二代碳基单分子器件的突破性制 备方法（Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 12228; Acc. Chem. Res. 2015, 48, 2565）。在该普适性石墨烯基单分子器件研究平台的基础上，课题组进一步设计合成了三种结构改进的二芳烯分子，并构建了单分子光开关器件，但遗憾的是， 仍然只实现了从关态到开态单向光开关功能（Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 8666，得到了Nature的亮点报道）。

理论分析揭示，在这些前期的体系中，分子和电极之间存在着强的耦合，从而导致分子激发态的淬灭将功能分子锁在了闭环构象。分子和电极之间的接触界面一直是分子电子学领域研究的核心基本科学问题，如何有效调控分子和电极之间的界面耦合是在器件中实现分子本征功能的关键（Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 5642; Chem. Rev. 2016, 116, 4318）。基于这些前期积累，通过理论模拟预测和分子工程设计在二芳烯功能中心和石墨烯电极之间进一步引入关键性的亚甲基基团，所得实验和理论研究结果 一致表明新体系成功地实现了分子和电极间优化的界面耦合作用，突破性地构建了一类全可逆的光诱导和电场诱导的双模式单分子光电子器件。石墨烯电极和二芳烯分子稳定的碳骨架以及牢固的分子电极间共价键链接方式使这些单分子开关器件具有空前的开关精度、稳定性和可重现性，在未来高度集成的信息处理器、分子计算机和精准分子诊断技术等方面具有巨大的应用前景。

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