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材料前沿

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材料科学 (Material science)

发布:   时间:2020-07-27 09:57:31  浏览:

研究院材料科学(Materials Science)涉及到物理、化学、生物等学科,以材料学、化学、物理学为基础,系统学习材料科学与工程专业的基础理论和实验技能,并将其应用于材料的设计、合成与制备、结构表征、性能测试、应用等方面,是一个前沿交叉学科。

在材料领域,我们将集中研究低维度微纳材料、生物与仿生催化材料、新型复合功能材料,在材料的设计和制备上创新,并有机结合理论和应用。 利用各种化学合成方法包括溶液法、自组装、水热、化学气相沉积等,并运用表面修饰和分子模板,达到功能化纳米材料,例如碳纳米管、石墨烯、导电高分子等,进一步从低维度到高维度以至多层复合材料的调控和合成,达到制备高性能的传感装置和绿色能源系统以及各种高性能的催化剂载体和高效催化剂。着重研究材料科学最前沿,并使材料科学与工程交叉,培养几乎所有的行业都需要材料背景的人才,例如汽车、航天、电子、机械、医药、日化等行业。培养的毕业生可以到材料生产企业、材料应用企业、高校、科研单位、事业单位、咨询服务公司等。

 

1、低维度微纳材料

低维度材料包括1)三个方向均在微纳尺度的零维点状结构、2)两个方向在微纳尺度內的一维线状结构和3)仅有一个方向在微纳尺度內的二维面状结构。其具有大的surface-to-volume ratio,对表、界面性质影响大,也具有特定的物物理化学质,有利于开展基础研究,同时具有多样性,是构成高纬度结构材料的结构单元,广泛用途。我们将在低维度维微纳材料上开展综合交叉研究,根据应用需要,我们将选择有机/无机量子点、金属基纳米颗粒/团簇、碳(包括石墨烯)和金属基纳米线/管/带等低维度材料,对材料的合成调控,实现纳米结构的均一化,并实现制备低维度复合结构微纳材料包括一维/一维、一维/二维等复合结构,同时利用软材料对低维度材料表面修饰和引入缺陷等手段,对材料在原子/分子水平上工程化,实现对材料的表面结构和物化性质的调控,制备具有特殊功能的低维度微纳材料。

 

2、生物材料与仿生催化材料  

生物材料,包括DNA、蛋白分子等具有特定的化学结构,在功能材料上有着独特的应用潜力。我们将利用生物材料特别是生物分子,对低维度材料及其复合结构材料修饰,调控其表面化学特性,以进一步制备能源与传感功能化材料。生物质是生活中常见材料,包括树叶、莲藕杆、木质废料、木炭等,我们将优选生物质材料,优化合成工艺,实现宏量制备类石墨烯等功能材料,基于所制备材料,结合我们在能源与传感领域的基础和技术,同时开展应用研究。仿生酶同时具有化学催化和生物催化特征,可选择性将反应物转化成产物,同时具有生物酶所不具有的环境稳定性,在生物传感和工业化生产中具有广泛的应用,我们将借鉴生物酶的结构特征,利用材料的表面物化特性,通过结构仿生和材料复合,制备系列仿生酶仿生催化材料。

 

3、新型复合功能材料

复合功能材料,特别是叠层和多层次孔结构复合材料具有协同结构效应和高电荷传导等优异的物理化学性质,在高效传感系统和电化学能源体系中有着重要的应用,但如何实现叠层和多层次孔结构复合材料的可控制备是该领域的难点。我们将通过有机结合自组装、电场协助组装、原位合成等材料合成策略,利用碳纳米材料、过渡金属氧(硫)化物、导电高聚物、生物分子等功能低维度结构材料,可控制备出列新型叠层和多层次孔结构复合功能材料;并通过对材料物理化学性质和电化学/光电化学性能相结合的系统研究,揭示叠层和多层次孔结构复合材料的结构效应和其电化学体系界面特性,为进一步设计和可控制备新型复合材料提供了一定的理论指导和借鉴。同时开展新型柔性复合功能材料,利用可靠的化学试剂快速生成衬底的化学反应或组装方法,合成导电水凝胶和自降解式凝胶功能材料,用于靶向输送细胞或药物,并利用丝网印刷和3D打印等技术,制备可折叠和可穿戴的柔性器件。