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        探索納米材料,帶你了解蘇州納米所張躍鋼課題組


        來(lái)源:中國(guó)粉體網(wǎng)   青黎

        [導(dǎo)讀]  課題組致力于研究納米材料的合成與表征技術(shù),探索納米材料在能源轉(zhuǎn)換及存儲(chǔ),以及低維電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用。

        中國(guó)粉體網(wǎng)訊  


        一、課題組簡(jiǎn)介


        課題組致力于研究納米材料的合成與表征技術(shù),探索納米材料在能源轉(zhuǎn)換及存儲(chǔ),以及低維電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用。以碳基材料(包括石墨烯、氧化石墨烯、碳管及其半導(dǎo)體復(fù)合材料等)為主要研究對(duì)象,利用分子設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、界面/表面構(gòu)筑、模板調(diào)控等手段,開發(fā)和設(shè)計(jì)具有高效能量轉(zhuǎn)換能力的新型納米復(fù)合材料;發(fā)揮納米材料物性結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì),設(shè)計(jì)開發(fā)適用于電化學(xué)原位表征技術(shù)的微納米電子器件;并進(jìn)一步通過(guò)先進(jìn)表征手段對(duì)電極/電解液界面的電化學(xué)過(guò)程及進(jìn)行原位實(shí)時(shí)檢測(cè),深入探究反應(yīng)機(jī)理、界面結(jié)構(gòu)及界面效應(yīng)等對(duì)器件性能造成的影響,不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。


        二、課題組負(fù)責(zé)人




        張躍鋼教授是國(guó)際著名材料科學(xué)家,F(xiàn)為清華大學(xué)物理系長(zhǎng)聘教授,中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所客座研究員。兼任“Scientific Reports”, “Graphene”, “Flexible Electronics”,“功能材料”等學(xué)術(shù)期刊編委,30多家國(guó)際學(xué)術(shù)雜志論文評(píng)審專家,美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室功能納米材料中心評(píng)審委員,美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金評(píng)審委員,美國(guó)Keck基金評(píng)審委員,法國(guó)-伯克利基金評(píng)審委員。是美國(guó)材料學(xué)會(huì),化學(xué)學(xué)會(huì),電化學(xué)學(xué)會(huì)及IEEE會(huì)員,擔(dān)任中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆理事會(huì)理事。


        張躍鋼教授畢業(yè)于清華大學(xué)物理系,于1996年在日本東京大學(xué)獲得材料學(xué)博士學(xué)位。之后曾就職于日本電氣基礎(chǔ)研究所、斯坦福大學(xué)、美國(guó)英特爾公司(資深研究員)、美國(guó)伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(終身研究員)等機(jī)構(gòu)。曾擔(dān)任國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)規(guī)劃(ITRS)新器件及新材料專家工作組成員,美國(guó)基礎(chǔ)納米科學(xué)年會(huì)自組裝結(jié)構(gòu)與器件分支主辦委員會(huì)成員。迄今為止承擔(dān)科研項(xiàng)目十多項(xiàng)。


        張躍鋼教授在國(guó)內(nèi)外從事科學(xué)研究工作近30年,期間在多個(gè)研究領(lǐng)域,如“納米材料的合成與表征”、“納米器件的設(shè)計(jì)及微納加工技術(shù)”、“能源轉(zhuǎn)化的化學(xué)物理機(jī)理”、“電化學(xué)能量存儲(chǔ)器件”和“界面原位表征技術(shù)”都取得了重要的研究成果。截至2021年1月共發(fā)表SCI論文180余篇,被引用次數(shù)超過(guò)17000次(h-index為61);獲得授權(quán)專利30余項(xiàng);為5部專著撰寫有關(guān)章節(jié);并受邀在30多個(gè)國(guó)際會(huì)議上作過(guò)特邀報(bào)告。


        近年來(lái),在鋰離子電池、鋰硫電池、鎂硫電池、超級(jí)電容器等電化學(xué)能量存儲(chǔ)方面的研究進(jìn)展:


        (1)提出了在鋰硫電池中利用氧化石墨烯化學(xué)固硫的概念,相關(guān)論文單篇引用超過(guò)了600次;


        (2)其中基于氮化石墨烯/硫復(fù)合電極材料所設(shè)計(jì)的鋰硫電池循環(huán)壽命高達(dá)2000次,創(chuàng)造了該類型電池的新紀(jì)錄,其比容量、充放電速率也均居于世界領(lǐng)先水平;


        (3)自主研發(fā)設(shè)計(jì)了原位掃描/透射電鏡電化學(xué)芯片,實(shí)現(xiàn)了對(duì)電極充電過(guò)程的實(shí)時(shí)觀測(cè),Advanced Energy Materials和Advanced Materials雜志刊登了相關(guān)成果;


        在納米材料合成與表征、納米器件制造與測(cè)試方面的主要?jiǎng)?chuàng)新成果包括:


        (1)合成了由納米管和半導(dǎo)體納米線組成的納米同軸電纜結(jié)構(gòu)(發(fā)表在Science雜志上);


        (2)實(shí)現(xiàn)了單層碳納米管與半導(dǎo)體或金屬間的納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)(發(fā)表在Science雜志上),這個(gè)研究成果對(duì)改善碳納米管器件的電學(xué)接觸特性起了重要作用;


        (3)發(fā)現(xiàn)了碳納米管對(duì)光照有電學(xué)及力學(xué)反應(yīng),為以后納米管人工肌肉的研究奠定了基礎(chǔ);


        (4)用實(shí)驗(yàn)證明了用化學(xué)氣相沉積法制備的碳納米管半徑與金屬催化顆粒尺寸的對(duì)應(yīng)關(guān)系,對(duì)碳納米管生長(zhǎng)機(jī)理的研究起了重要作用;


        (5) 運(yùn)用電場(chǎng)對(duì)碳納米管的排列效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了器件制備所要求的化學(xué)氣相沉積納米管的原位有序生長(zhǎng);


        (6)用化學(xué)或生物分子對(duì)碳納米管表面進(jìn)行非共化鍵改性,非共化鍵改性不會(huì)影響碳納米管的電學(xué)特性,但仍然可以用來(lái)在納米管上安裝蛋白質(zhì),納米晶粒等,對(duì)化學(xué)或生物傳感器至關(guān)重要,相關(guān)論文被引用次數(shù)超過(guò)1900次;


        (7)實(shí)現(xiàn)了由單個(gè)納米管與金屬納米顆粒組成的具有單電子靈敏度的納米閃存器件;


        (8)利用碳納米管與SiO2組成的“納米鉛筆”核殼結(jié)構(gòu)納米探針在壓電介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)了超高密度數(shù)字存儲(chǔ)器件;


        (9)提出和實(shí)現(xiàn)了用光學(xué)捕獲方法操作與分離碳納米管。


        2008年起在美國(guó)伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開展了石墨烯材料的研究


        (1)用化學(xué)氣相沉積法直接在介電基底上形成單層石墨烯薄膜和納米帶場(chǎng)效應(yīng)器件陣列;


        (2)觀察了單層石墨烯迪拉克點(diǎn)附近的反常噪聲特性;

        (3)研究了石墨烯納米帶器件的量子局限效應(yīng),揭示了石墨烯納米帶的寬度對(duì)其輸運(yùn)特性的影響。


        三、課題組研究方向


        (1)二維納米材料



        課題組致力于探索低維碳納米材料的合成、修飾及組裝方法,控制其形貌、結(jié)構(gòu)及幾何圖樣,應(yīng)用于納米電子及能源儲(chǔ)存器件研究中。主要開發(fā)了多種類型的化學(xué)氣相沉積法在不同的基底上生長(zhǎng)石墨烯及碳納米管薄片;突破性直接在SiO2基底上生長(zhǎng)石墨烯納米帶,不僅直徑、長(zhǎng)度和沉積位置可控,其載流子遷移率更超過(guò)1000cm2/V.s;此外,課題組也研究了包括SiC 熱處理、液相石墨剝離、氧化石墨烯還原、等離子體輔助CVD法等多種材料合成、修飾及組裝技術(shù)。


        (2)電化學(xué)儲(chǔ)能器件



        針對(duì)現(xiàn)有鋰硫電池體系發(fā)展的技術(shù)瓶頸,課題組利用碳材料載流子傳輸效率高、化學(xué)吸附活性強(qiáng)、多孔結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)等優(yōu)勢(shì),制備出碳-電化學(xué)活性復(fù)合材料,其電容量、充放電速率及循環(huán)壽命都得到了極大的提升;以氧化石墨烯作為固定劑,有效阻止了硫及多硫化物在有機(jī)電解液中的溶解, 該GO-S復(fù)合材料顯示出優(yōu)異的可循環(huán)性及電容穩(wěn)定性;此外,在鋰離子電池,鋰硫電池,超級(jí)電容器等電化學(xué)能量存儲(chǔ)方面的研究也取得了突出進(jìn)展,設(shè)計(jì)了不同納米結(jié)構(gòu)的電極材料應(yīng)用于鋰硫電池體系,相關(guān)成果發(fā)表在Energy & Environmental Science,J.Am. Chem. Soc.,Nano Letters等雜志上。


        (3)電化學(xué)過(guò)程及界面原位表征



        課題組通過(guò)拉曼光譜、透射電鏡等表征手段對(duì)電化學(xué)過(guò)程及界面進(jìn)行原位實(shí)時(shí)檢測(cè),深入探究其反應(yīng)機(jī)理、異質(zhì)結(jié)構(gòu)及界面效應(yīng)等對(duì)性能造成的影響,不斷優(yōu)化并實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化開發(fā)應(yīng)用。


        (4)太陽(yáng)能高效轉(zhuǎn)換



        課題組的研究興趣在于設(shè)計(jì)和開發(fā)高效能量轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料,通過(guò)利用異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面效應(yīng),克服傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料可見光范圍內(nèi)光催化效率低,窄帶隙半導(dǎo)體材料光腐蝕嚴(yán)重等缺陷,探索其在光催化制氫和光電化學(xué)器件中的應(yīng)用。


        參考來(lái)源:

        中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所官網(wǎng)

                 


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        作者:青黎

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