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晶态材料与微纳器件研究中心简介

发布时间:2021-03-25 编辑:潘庆玲 来源: 浏览次数:

晶态材料与微纳器件研究中心现有教授9人、副教授7人,讲师1人,其中2人入选国家杰出青年,1人入选国家万人计划领军人才,8人入选国家高层次青年人才,4人入选湖北省楚天学子。中心主要从事功能碳材料、储能材料、二维光电材料、稀土发光材料及相应能源转化存储器件、微纳光电半导体器件、新型电子器件研发等工作。各个研究方向相互关联、相互支撑,形成了以新材料开发与合成、微纳器件构筑为特色,以光电、能源、催化、智能化等一系列面向未来关键主题为核心的科研团队体系。

晶态材料与微纳器件研究中心立足材料科学前沿,在光电二维晶体材料与微纳器件、储能材料与原位器件、碳纳米材料与器件、功能超分子等方向上进行了一系列开创性的工作并取得了独特优势。

1、光电二维晶体材料与微纳器件: 开发先进的二维材料制备技术,致力于实现若干高质量二维原子晶体及其异质结的可控合成;进行二维无机分子晶体前沿探索,实现二维无机分子晶体的制备,拓展二维分子晶体在电子、光电以及相变器件的应用;开展基于二维金属硫属化合物及其异质结构的晶圆级生长、微纳成形及器件加工技术研究;发展先进的二维异质结构图案化和阵列化的纳米制造手段,对其与微纳电子器件的有效融合进行深入的研究,推进二维材料在工业晶圆级集成器件中的应用进程;开发基于二维晶态材料的微纳型光电探测器件和光电存储器件,推进二维光电探测器在工业自动控制、光度计量等国民经济以及导弹制导、红外成像、红外遥感等国防领域的潜在应用;研究量子纳米材料的设计体验及制备技术;开发高质量外尔半金属薄膜、二维拓扑绝缘体等量子材料与物理方面研究;开展新型二维功能材料的理论计算设计研究,通过人工智能来寻找潜在的二维功能材料。

2、储能材料与原位器件:面向国家战略需求,在开发新型高能量密度二次电池电极材料方面进行基础研究和技术开发,在器件微纳化、多方法、多尺度原位观测方面形成了特色与优势。具体工作包括:开发具有新相结构、高比容量的锂/钠离子电池电极材料;开发基于锂负极的固态电池及其相关技术;发展多种构型的柔性储能器件以及可拉伸、可弯曲、异型化的器件构筑工艺;利用半导体微纳加工技术构筑微型液体电池,实现对活性材料单片、单根、单晶、单颗粒层次的原位光学观察,结合在线XRDRamanAFM等技术实现对电极充放电过程结构演变的原位监测;搭建SEM多探针测试系统,集成电场、温度场、力场等多位条件下对电池失效机制的同步、实时、微区研究;研究新型二次电池等能源储存纳米器件、钙钛矿太阳能电池、光/电催化等新能源材料应用技术。

3、碳纳米材料与器件面向高精尖领域应用所需,以性能为导向,以零维、一维、二维碳材料为载体,从材料的结构设计和可控制备出发,开发有明确应用背景的新型碳纳米有序宏观结构及其复合材料,揭示其在应用环境中的关键科学问题,解决其关键技术难题,实现相关领域材料性能的颠覆性全部。主要研究方向包括碳材料的宏观结构体制备、复合材料制备、能量存储与转换及电子智能器件;研究富勒烯的物理化学性质,开发金属富勒烯的量产制备、高效提取及纯化方法,并最终开发其在光电转换材料、能源转换材料、催化材料、医学诊疗试剂、量子计算以及分子磁性材料等方面的应用;开发高效的能源转换与存储设备,并用于可穿戴电子器件。

4、功能超分子:基于超分子化学的动态性,致力于利用主客体结构、机械键化学、分子开关等动态分子基元在有机无机表界面进行自组装和功能化,利用分子基元动态性赋予整个组装体动态性,实现对微观、宏观人工分子系统功能的精准调控,实现新材料在智能性响应、催化、水处理、光电转化等方面的应用。具体的研究方向主要集中在以下几个方面:1. 新型超分子大环分子的设计、合成及其超分子自组装研究;2. 刺激响应性超分子聚合物材料及3D打印材料3. 晶态有机多孔材料(MOFsCOFsSOFs)的设计,合成与性能研究4. 超分子两亲在水中的自组装、自归类(self-sorting)及动态组合化学。

先进二维材料开发与应用


柔性储能器件开发


多尺度储能材料/器件原位观测技术


先进碳材料基础研究与宏量合成


源自CO2的能源转换材料与应用


新型超分子的设计、合成与3D打印应用