中國粉體網(wǎng)訊  

一、課題組簡介

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，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，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)一步通過先進(jìn)表征手段對電極/電解液界面的電化學(xué)過程及進(jìn)行原位實(shí)時(shí)檢測，深入探究反應(yīng)機(jī)理、界面結(jié)構(gòu)及界面效應(yīng)等對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

張躍鋼教授是國際著名材料科學(xué)家�，F(xiàn)為清華大學(xué)物理系長聘教授，中國科學(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多家國際學(xué)術(shù)雜志論文評審專家，美國布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室功能納米材料中心評審委員，美國國家科學(xué)基金評審委員，美國Keck基金評審委員，法國-伯克利基金評審委員。是美國材料學(xué)會，化學(xué)學(xué)會，電化學(xué)學(xué)會及IEEE會員，擔(dān)任中國化學(xué)會第29屆理事會理事。

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)、美國英特爾公司（資深研究員）、美國伯克利國家實(shí)驗(yàn)室（終身研究員）等機(jī)構(gòu)。曾擔(dān)任國際半導(dǎo)體技術(shù)規(guī)劃（ITRS）新器件及新材料專家工作組成員，美國基礎(chǔ)納米科學(xué)年會自組裝結(jié)構(gòu)與器件分支主辦委員會成員。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)國際會議上作過特邀報(bào)告。

近年來，在鋰離子電池、鋰硫電池、鎂硫電池、超級電容器等電化學(xué)能量存儲方面的研究進(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)了對電極充電過程的實(shí)時(shí)觀測，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應(yīng)關(guān)系，對碳納米管生長機(jī)理的研究起了重要作用；

（5） 運(yùn)用電場對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；

（6）用化學(xué)或生物分子對碳納米管表面進(jìn)行非共化鍵改性，非共化鍵改性不會影響碳納米管的電學(xué)特性，但仍然可以用來在納米管上安裝蛋白質(zhì)，納米晶粒等，對化學(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年起在美國伯克利國家實(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石墨烯及碳納米管薄片；突破性直接在SiO2基底上生長石墨烯納米帶，不僅直徑、長度和沉積位置可控，其載流子遷移率更超過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)儲能器件

針對現(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，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，超級電容器等電化學(xué)能量存儲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)過程及界面原位表征

課題組通過拉曼光譜、透射電鏡等表征手段對電化學(xué)過程及界面進(jìn)行原位實(shí)時(shí)檢測，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。

參考來源：

中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所官網(wǎng)