1978年北京大學化學系畢業，1981年獲中科院碩士學位，1985年獲博士學位，1985年—1987年在美國加州理工學院作博士後和訪問學者，1991年10月—1992年4月赴日本東北大學任客座教授。
胡錦濤總書記在2006年全國科學技術大會上強調：「進入21世紀，世界新科技革命發展的勢頭更加迅猛，正孕育著新的重大突破。信息科技將進一步成為推動經濟增長和知識傳播應用進程的重要引擎，生命科學和生物技術將進一步對改善和提高人類生活質量發揮關鍵作用，能源科技將進一步為化解世界性能源和環境問題開闢途徑，納米科技將進一步帶來深刻的技術變革，空間科技將進一步促進人類對太空資源的開發和利用，基礎研究的重大突破將進一步為人類認知客觀規律、推動技術和經濟發展展現新的前景。」
溫家寶總理2009年11月2日在對首都科技界發表的題為「讓科技引領中國可持續發展」的講話中指出：「世界正在經歷一場百年罕見的金融危機。歷史經驗表明，經濟危機往往孕育著新的科技革命。正是科技上的重大突破和創新，推動經濟結構的重大調整，提供新的增長引擎，使經濟重新恢復平衡並提升到新的更高水平。誰能在科技創新方面佔據優勢，誰就能掌握髮展的主動權，率先復甦並走向繁榮。」
科學選擇新興戰略性產業非常重要，選對了就有可能跨越發展，選錯了將會貽誤戰機。原始創新是一個國家競爭力的源泉。中國要搶佔未來經濟和科技發展的制高點，就不能總是跟蹤模仿別人，也不能坐等技術轉移，必須依靠自己的力量拿出原創成果。從現代科技發展和當前科技發展態勢分析，物質科學研究是科學發展的制高點，充滿了原始創新的機會，而物質科學的變革性突破將對科技和經濟的發展產生十分重要的影響。
物質科學變革性突破的歷史啟示
物質科學致力於研究物質的微觀結構及其相互作用規律，它不僅是一切科學的基礎，而且可以衍生出一系列新的技術原理，為新材料與新器件的研發提供新的知識基礎。物質科學的研究對象主要包括物質的組成、結構、性質及其變化規律等，是典型的多學科交叉研究領域。物質科學的研究不斷催生新的理論，而且也催生新方法、新技術、新手段的發明和運用。物質世界的層次對應於基礎學科的分類，主要有天文學、空間科學、地球科學、生命科學，乃至材料科學、物理、化學、納米科技、高能物理、粒子物理等。這些尺度從大到小，所對應的科學前沿分別為宇宙的起源與演化、生命的本質、物質的本質與基本結構等。數學是上述基礎學科和科學前沿的共同基礎。
物質科學研究是辯證唯物主義世界觀在科學研究領域的實踐。物質世界是分層次的，每個層次均有各自的特徵和發展規律。一旦對這個層次的特徵和規律有了新的認知，科學與技術都將發生革命性的變化。人類認識自然、改造自然的社會活動，也必須從物質世界及其運動規律出發，按照其本來面貌去認識世界、改造世界，尊重客觀規律。這也是科學發展觀的內涵之一。世界是物質的，物質是運動的，運動是有規律的，規律是可以認識的。辯證唯物主義是指導物質科學研究的思想基礎，同時物質科學研究也為辯證唯物主義的思維方式提供科學實證的載體。
絕大多數科學知識是累進式向前發展的，在原有研究成果的基礎上發起新研究項目或對長久以來的猜想及理論加以驗證，這種進步是進化性的，即進化的科學觀。世界上絕大多數科學研究以這種形式的創新性推動科學進步。通過推翻已有模式，產生全新理論，科學進步是革命性的，以這種形式構成的科學研究，稱之為變革性研究。變革性研究從根本上改變對已有重要科技概念的理解，或開闢新的領域，挑戰舊理論，邁向新前沿，其特點在於「創新性」(innovative)、「高風險」(highrisk)與「大膽」(bold)。
1.對自然現象的探索催生了新的理論，奠定了眾多發明和應用的基礎。
李政道先生曾指出：「20世紀初，科學界最大的謎是太陽。」20世紀中葉前，人類所有能源都來自太陽。太陽的能量是經光傳播到地球，所以光和熱的研究是20世紀初物理界的兩大重點。愛因斯坦由於光電效應而於1921年獲得了諾貝爾物理獎。2009年，諾貝爾基金會評出了百餘年諾貝爾獎史上「最受尊崇的」三位獲獎者，其中之一是愛因斯坦。光電效應研究催生了相對論和量子論，引發了一個世紀的創新革命，產生了原子結構、分子物理、核能、雷射、半導體、超導體、超級計算機等等。幾乎20世紀絕大部分的科技文明均源自於此。
2.對物質科學的探索催生了新的檢測工具，催生了新的領域。
1981 年，Binnig 和Rohrer 教授為研究超導體的局域隧道效應，從最初的裝置設計中悟出可用其專門研究表面電子態密度變化，從而發明了可用於觀察和操縱表面單個原子、分子和原子團的掃描隧道顯微鏡(STM)。這一發明5年後獲得了諾貝爾獎。STM被國際科學界公認為是納米科技的「眼」和「手」，催生了納米科技走向成熟。所謂「眼」，是指利用探針(SPM)可直接觀察測試原子、分子以及它們之間的相互作用與特性；所謂「手」，是指STM可以移動單個原子或分子，構造納米結構，同時為科學家提供在納米尺度上研究新現象、提出新理論的微小實驗室。這是對物質科學探索而催生新工具，並因此開闢新領域的典型例子。
3.物質科學探索中的新發現奠定了諸多大科學工程的基礎，同時大科學裝置的應用也對物質科學的深入研究和新技術應用產生了重要影響。
1947年科學家研究發現高速荷電粒子在速度改變時放出電磁輻射，即所謂同步輻射。到了20世紀70年代，同步輻射作為一種特殊光源開始得到應用。同步輻射大科學工程為當代科學幾乎所有的前沿科學研究和應用研究提供了一個先進的、不可替代的實驗平臺，依託同步輻射進行的研究產生過5項諾貝爾獎。同步輻射的建設不但推動了高能物理及相關領域的基礎研究，還有力帶動了相關高技術產業的發展，促進了計算機、探測技術、醫用加速器、輻照加速器和工業CT等產業的技術進步，產生了巨大的經濟和社會效益。1988年10月24日，鄧小平同志視察中國科學院高能所北京正負電子對撞機時指出：「過去也好，今天也好，將來也好，中國必須發展自己的高科技，在世界高科技領域佔有一席之地。」中美高能會談，20多年來不僅是中美科技合作的重要渠道，也是特定歷史條件下外交溝通的重要渠道。網際網路技術最早由高能所引入中國，高能物理研究也是我國網際網路發展的源初推力。1991年5月30日，中美科學家為高能所設計了國際計算機聯網的手繪路線圖。
中科院關於物質科學研究的某些重要方向及未來設想
物質科學的前沿突破推動了變革性技術的產生。中國科學院在若干基礎研究前沿方面進行了布局，並對創新型科技拔尖人才給予了特殊支持。在這方面的重點領域，主要可分為量子尺度、納米尺度、宏觀尺度、未知尺度。量子尺度的基本科學問題是量子糾纏態的非定域性，重要的代表性成果是量子通信，引發了通信領域的變革；納米尺度的基本科學問題之一是基於微/納結構的親/疏水可控轉換，變革性成果是納米綠色列印製版，引發了印刷技術的重要創新；宏觀尺度的基本科學問題之一是新能源研究，可能的重要變革性成果是為未來能源問題提供解決之道；未知尺度的重要基本科學問題是暗物質、暗能量的研究，變革性成果將會是物質世界的全新認識。
1.量子通信是通信領域的重大變革。
經典保密方式理論上已被證明是可以破解的，而基於量子力學原理的保密方式則在理論上是不可破解的。中國科技大學是國際上該領域最活躍的研究單位之一，其成果2次榮獲美國物理學會評選的國際物理學十大進展，3次榮獲歐洲物理學會評選的國際物理學年度重大進展，5次榮獲我國兩院院士評選的中國十大科技進展。英國《新科學家》雜誌形象地說：「過去合肥最著名的是豆腐和麻餅；現在他們正在改變這一切，他們已將中國科技大學，甚至整個中國，堅定不移地推進到量子計算界的圖譜中。」在60周年國慶之際，在天安門城樓、中南海、國慶閱兵指揮部等地點之間，通過該突破，構建了絕對安全的實時語音加密量子通信熱線。
2.納米綠色製版技術有可能讓印刷業「棄暗投明」。
活字印刷是印刷行業的第一次飛躍。2008年北京奧運會開幕式，完整的巨幅畫卷魔幻般地展示了我國古代著名的立體活字印刷。漢字雷射照排是我國印刷技術的跨越發展。二十世紀我國重大工程技術成就中，「漢字信息處理與印刷革命」僅次於「兩彈一星」名列第二。我國目前主流的雷射照排技術是兩步感光過程；國際上目前主流的CTP製版技術是一步感光過程。上述兩種技術存在的問題是：感光成像必須避光操作，化學顯影導致廢液排放，預先塗層造成資源浪費。隨著科學發展觀、可持續發展理念的深入人心，綠色環保成為印刷業的發展趨勢。中科院化學所目前發明的納米綠色製版技術是非感光過程，不僅大大提高了耐印力，而且有效地提高了印刷精度。納米結構實現板材超親水和浸潤性調控，實現轉印區域從超親水到超親油的轉變，避免浸潤性差別不夠導致的印刷糊版現象；納米粒子有效增強轉印材料的耐摩擦(耐印)性，同時避免微米顆粒複合引起的列印頭堵塞及解析度低等問題。該技術的優勢在於不避光、無汙染、成本低、可回收，具有巨大的社會環境效益，並有可能在國際該領域引領發展。
3.新原理有可能加快解決未來能源的步伐。
2020年全世界能源需求約為23兆兆瓦，現在用量約為13兆兆瓦，需增約為10兆兆瓦。可開發的水電約為0.5兆兆瓦，海洋能約為2兆兆瓦，風能約為2兆兆—4兆兆瓦。地球接受的太陽輻射約為120000兆兆瓦，若按陸地面積(佔地球面積29.2%)的1%，轉換效率10%計算，可提供35兆兆瓦的能源。目前太陽能電池現狀是單波長的轉換效率可達80%以上，但太陽光譜是連續譜，寬帶隙的電池不能利用長波部分，窄帶隙的電池不能充分利用短波部分，現有思路性價比不高，另闢途徑才有可能獲得突破。以新結構、新原理和新材料為契機，強化多學科綜合交叉集成，瞄準個性化應用，降低成本，提高效率，是未來發展的趨勢。根本解決能源問題的渠道之一是新型核裂變電能，其發展必須面對兩大關鍵問題——核燃料的穩定供應和核廢料的安全處置。針對上述問題，中科院擬分別加強釷資源的核能利用基礎研究和加速器驅動次臨界系統(ADS)嬗變核廢料的研究。核能分為核裂變能與核聚變能，若核聚變原理應用於發電，則具備極大的優勢，主要表現在輻射極小且核聚變燃料取之不竭。國際熱核聚變實驗反應堆(ITER)，也被人們形象地稱為「人造太陽」，為歐盟、美國、中國、日本、韓國、印度和俄羅斯七方共同參與。我院建造的實驗型先進超導託卡馬克(EAST)，是世界上首個建成並運行的全超導、非圓截面、磁約束核聚變實驗裝置，其成果表明EAST實驗正朝著探索長脈衝、高參數等離子體物理這一未來聚變堆發展的重要研究方向邁進。
4.暗物質和暗能量也許是21世紀最大的科學之謎。
暗物質存在於人類已知的物質之外，目前我們知道它的存在，但不知道它是什麼，它的構成也和已知物質完全不同。暗物質和暗能量的研究有可能革命性地改變我們現有的世界觀。根據現有觀測數據計算，宇宙總能量中的73%是暗能量。中科院紫金山天文臺通過與美國合作，發現宇宙線電子譜有一個「超出」，被認為可能來自暗物質，受到廣泛關注。我院國家天文臺剛建成的大天區面積多目標光纖光譜望遠鏡(LAMOST)，是世界上最大的光譜望遠鏡，將揭示不同宇宙紅移處的星系分布，從而可為追溯宇宙的膨脹歷史、探測暗能量的性質提供一定的技術基礎。這方面的研究完全是基礎性、長遠性、探索性的，但一旦有突破性的發現，其影響也是深遠的。
總之，對物質科學的深入認識，將拓展對已有重要科技概念的理解，將加深對客觀物質世界的認識，進而為改造世界、落實科學發展觀提供知識基礎；對物質科學的深入認識有可能開闢新的研究領域，給科學和技術帶來革命性的變革，進而帶動行業和產業的發展。我國有一支能力較強的從事物質科學研究的隊伍，我們應有意識地提出有可能在前沿領域取得突破的若干方向，並且帶動變革性技術的產生；同時，以大裝置的集群部署和學科交叉為牽引，可以為變革性科學技術的產生提供強有力的平臺，也是國家科技實力的重要體現。
（作者白春禮為中國科學院院士、中國科學院常務副院長）