從一本新書談科學發展

作者/劉廣定(臺大名譽教授,英國皇家化學會士(FRSC)。曾獲教育部理科學術獎,民國70~73年任國科會自然科學發展處處長。)

介紹一本新化學書

去年年底,新加坡的Pan Stanford Publishing Pte. Ltd出版了一本新書Organic Structure Design(《有機結構設計》),副題為Applications in Optical and Electronic Devices(〈在光電及電子設備的應用〉),主編者是中央研究院化學研究所(下文簡稱中研院化學所)的研究員周大新教授。這本書顧名思義,是敘述可應用於光電元件的新有機化合物的設計。除目錄(頁v-xii),簡介全書內容的序文(頁xiii-xvii)和索引(第513~520頁)外,正文共有十一章,其名稱,頁次及主作者如下:

第1章
有機材料的電子轉移理論模型(Theoretic Modeling for Electron Transfer in Organic Materials),第1~32頁,中研院化學所許昭萍研究員等撰

第2章
可溶性有機微米及奈米材料的結構設計與應用(Organic Structure Design and Applications
in Solution-Processed Organic Micro- and Nanomaterials),第33~93頁,北京大學化學與分子工程學院裴堅教授等撰

第3章
含施–受體環芳化合物之合成,結構以及電子與光物理性質(Synthesis, Structure, and Electronic and Photophysical Photophysical Properties of Donor-Acceptor Cyclophanes),第95~135頁,日本九州大學先導物質化學研究所新名主輝男教授等撰

第4章
光與電控之分子轉輪:人工分子機械之先驅(Light- and Electricity-Gated Internal Rotation
of Molecular Rotors:Toward Artificial Molecular Machines),第137~183頁,臺灣大學化學系楊吉水教授等撰

第5章
具有長碳鏈二醯胺基團與π共軛骨架之超分子組裝有機凝膠(Supermolecular Assemblies of Organogels Featuring π-Conjugated Framework with Long-Chain Dicarboxamides),第185~228頁,中研院化學所孫世勝研究員等撰

第6章
具特定形狀以喹㗁啉為基的多環分子:從鄰位環芬到多氮稠苯(Quinoxaline-Based Polycyclic Molecules Having Defined Shapes: Fr om Orthocyclphanes to Polyazaacenes) ,第229~286頁,中正大學化學與生物化學系周德璋教授撰

第7章
以1,3–偶極環化加成反應修飾的芳杯衍生物作為重金屬離子之螢光感測研究(Fluorogenic Sensors of Heavy Metal Ions Based on Calix[4]arenes Functionalized by 1,3-Dipolar Cycloaddition Reactions),第287~326頁,交通大學應用化學系鍾文聖教授撰

第8章
有機發光二極體之電子輸送材料:設計策略與結構多樣性(Electron Transport Materials in Organic Light-Emitting Diodes:Design Considerations and Structural Diversity),第327~398頁,印度理工學院坎普爾校區化學系Moorthy教授等撰

第9章
咔唑與三芳香胺衍生物之電化學沉積與光電應用(Electrochemical Deposition of Carbazole and Triarylamine Derivatives and Their Optoelectronic Applications),第399~453頁,臺灣大學化學系梁文傑教授撰

第10章
可溶性稠苯類化合物的製備其在場效電晶體方面的應用(Solution Processed Acenes and Their Applications on Field-Effect Transistor),第 455~485頁,中研院化學所周大新研究員等撰

第11章
稠苯類化合物的新合成法(New Synthetic Route to Acenes),第487~512頁,中研院化學所林質修研究員撰

這十一篇綜覽性論文中除第1與第7篇外,其他九篇之大要都在2011年九月,在曼谷召開的第14屆亞洲化學年會中的Advances in Functional Materials研討會上發表過。Pan Stanford出版公司知道有這個研討會後,主動向研討會主持人周大新教授邀請集稿成書。因研討會的十二位演講者中有三位表示不擬撰稿,周教授又徵得中研院許昭萍和交通大學鍾文聖兩位教授同意參與,而於2012年底將十一篇稿交給出版公司,兩年後正式出版。

由各章題目可知本書所敘述乃當前熱門且進展快速,以有機化合物作為光電元件材料的研究成果與展望。由於此領域之研究範圍極廣,研討會之討論講題不可能包羅萬象,本書內容也只能包含以下這些重要的課題:

(1)一些功能性有機化合物之個體與聚合體的分子設計與合成;
(2)溶液製作技術,奈米結構養成與結晶,胺類之電引發聚合,以及有機凝膠之超分子組合;
(3)有機分子內長距電子轉移的理論,以及含施–受體偶極化合物之設計;
(4)自分子結構設計評估應用於發光二極體,有機太陽能電池,場效電晶體,分子機器及化學感測器等的元件性能。

因這十一位主要作者皆是國際知名的亞洲學者,又都能認真撰述,各章內容均屬上乘。第1章有關理論研究之敘述,簡明扼要,其餘十章包括原理、合成、性質、討論與展望。每章都詳列文獻,甚至有交稿時尚未發表者,也有少數作者增列了一些2013年初出版的論文。故此書內涵相當充實。有從事材料化學相關研究的大學與研究機構,均宜購置,備為參考,甚至可為工作人員益智之用。

再者,這書各篇內容從基礎到應用涵蓋周全,且其中頗多國內的創新成果,對學生有鼓勵作用。故拙見以為非常適於研究所「高等有機化學」,「高等有機化學特論」,「有機材料化學」等科目教學之用。學生既可了解相關課題發展之原委,認識不同學者研究方法間之異同,又可追蹤原始資料以及各主筆教授在2011年或2012年以後的新論文﹝註一﹞,養成閱讀新舊科研資料之習慣。可謂一舉數得。

﹝註一﹞
例如交大鍾文聖教授繼續芳杯衍生物之相關研究,2013年發現有些雙芳杯分子,具有形成有機膠體分子的能力,可以應用於溢油之處理。

科學發展的幾點建言

這本新書的主要作者中有八位都是臺灣本地從事化學研究的學者,所敘述的個人研究結果,大多數乃完成於2011年或更早。各課題皆具時代性,目標也都有前瞻性,是正確導向的基礎研究,並含應用的潛力。筆者匆匆瀏覽之後,回想2010年為慶祝中華民國建國百年曾應邀參加撰寫「中華民國發展史」的「學術發展」部分,負責「百年來的化學發展」一題,當時曾查閱多種相關資料,似於國科會所規劃而特別資助的各項計畫中未見這八位學者之大名。乃複查所收集有關「學術攻頂計畫(五年期)」2項,「卓越領航計畫(四年期)」5項,「奈米國家型計畫(三年期)」3項,及以化學為主導之「跨領域研究計畫(三年期)」7項的資料(參閱拙作《中華民國化學研究簡史》第42~43頁,2012年科學月刊社出版),確知無此書所載之相關研究在內,這八位學者也非任何一項計畫的主持人或共同主持人。因此可知這八件研究成果可能有些是源於國科會對個人補助的計畫,或是中研院本身經費所支援的研究。筆者孤陋寡聞,不悉上述17項特別資助的大型計畫中,究有多少成果能達到或超越這本Organic Structure Design水準者?

不久前報載(如四月九日《經濟日報》),科技部徐爵民部長表示,他將大幅調整現行一年約400億的科研經費分配,將著重在有助於促進社會、經濟、產業發展的科研計畫,例如物聯網、水資源開發、基礎通訊技術提升、機器人產業等。臺灣的科研經費運用應該要更務實,而非打高空,只成為紙上談兵。此論點受到從事基礎研究的學者批評與質疑(例如前國科會副主委孫以瀚教授,見本刊第6版)。中研院翁啟惠院長也認為:「非問題導向的研究不可偏廢。目前我國政府投入基礎和應用研究的經費約為二比八,在企業完全投入應用研究的情況下,科技部應維持此比例,不可再減。」(四月十四日《聯合報》)隨即科技部林一平次長對外界回應說:徐部長從未說不支持基礎研究,科技部仍會支持一般自由型的研究,不會刪減經費。

科技部的前身國科會,多年來一直有科學(包括人文學及社會科學)研究經費分配的問題。筆者未申請科研補助已十年,離開專任教職也已九年,似不宜有所置喙。但讀了這本Organic Structure Design後,仍擬再作幾點建言。

一、目的
大家應該同意,國家研究經費必須用在對國家發展有助益的課題上。徐部長已表明科技部將不再追求堆積論文數量,「希望從頭改變學術界的價值觀。」應也是許多人同意的。但希望科技部不要忘記,在適當的機構與環境中由有能力和前瞻眼光的學者、專家來培育具有國際競爭力及解決國家社會問題潛力的基礎人才,永遠是繫乎國家生存與發展的關鍵要務,萬勿忽視。

二、策畫
徐部長認為科技部有責任向學界提供「好題目」。他並舉例說:「臺灣近期陷入缺水危機,『水資源開放』就是當前迫切需要解決的問題,除節約用水外,『海水淡化』就是非做不可、非提升不可的技術……」。按,「水資源」約自二十世紀九十年代起,與「永續發展」都已是世界先進國家警覺且重視的研究發展的課題。但臺灣卻未能正視,空設單位,虛擲經費卻幾如一事無成。可見二十年來,「肉食者鄙,未能遠謀」。現徐部長雖是亡羊補牢,猶未為晚,但宜慎重執行。例如「海水淡化」一題對臺灣而言真是非做不可嗎?至盼科技部提供「好題目」時能經慎密規劃,莫再由行為鄉愿與只知因人設題的所謂「大老」們敷衍了事,也勿為了應付民粹而列入一些可有可無的所謂「臺灣研究」。

三、成果評鑑
多年來,臺灣的科學研究成果評鑑一直強調發表在為SCI或SSCI收錄之論文篇數。以SCI收錄所發表之「化學」論文數量而言,從2002年1月到2011年12月,臺灣共發表21078篇,已居世界第15,亞太地區第5。但因注重「量」而疏忽「質」,有些係自以為是或人云亦云之作,故受國際同行重視之程度偏低。例如2002~2011年十年平均每篇「化學」論文被引用9.05次數,為世界平均值10.69的84.7%,僅居第26位。另一方面,由於只重視論文篇數而不在意論文與研究計畫課題之關聯性,以致常不能達成推動特定導向大型計畫之目的,且有「掛羊頭賣狗肉」欺人之嫌﹝註二﹞。故不論未來科技部推動有助於促進社會、經濟、產業發展的科研計畫,或如以往國科會推動之「學術攻頂計畫」,「特約研究計畫」等,必須嚴格執行成果評鑑,方能達成徐部長改革陋習之美意初衷。

﹝註二﹞
例如中央研究院某單位自2007~2010年耗用「國家型科技計畫」經費逾三億,以研究酵素促進製造「纖維酒精」為由,雖曾發表許多與主題少有關聯之論文,只得到一些效果不比商品更好的酵素。此一不當之經費使用,曾遭監察院糾正。

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