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项目名称:新型纳米材料及器件研究——张跃钢团队

专家团队简介:

张跃钢研究员是国际著名纳米材料科学家,国家“千人计划”特聘专家,“江苏省高层次创新创业引进人才”;现任中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所国际实验室研究员,清华大学双聘教授,上海科技大学特聘教授;曾任美国英特尔公司资深研究员、美国伯克利国家实验室终身研究员;兼任国际半导体技术规划(ITRS)新器件及新材料专家工作组成员,美国基础纳米科学年会自组装结构与器件分支主办委员会成员;“Scientific Reports, Graphene, Flexible Electronics,“功能材料”等学术期刊编委;30多家国际学术杂志论文评审专家,美国布鲁克黑文国家实验室功能纳米材料中心评审委员,美国国家科学基金评审委员,美国Keck基金评审委员,法国-伯克利基金评审委员,美国材料学会,化学学会,电化学学会,及IEEE会员。

        张跃钢研究员先后在国际科学期刊上发表论文90余篇;授权专利40余项;为4部专著撰写有关章节;并受邀在20多个国际会议上作过特邀报告。其在国内外从事科学研究工作近20年期间,分别于日本电气基础研究所、斯坦福大学、英特尔公司、美国伯克利国家实验室等从事科学研究工作,先后承担了科研项目十多项,其中担任PI6项,担任跨国公司研发大项目中小组领导人的3项。经过多年的工作积累,在纳米材料合成与表征、纳米器件制造与测试方面有深厚的造诣,其主要创新成果包括:首次合成了由纳米管和半导体纳米线组成的纳米同轴电缆结构(发表在Science杂志上);首次实现了单层碳纳米管与半导体或金属间的纳米异质结构(发表在Science杂志上),这个研究成果对改善碳纳米管器件的电学接触特性起了重要作用;首次发现了碳纳米管对光照有电学及力学反应,为以后纳米管人工肌肉的研究奠定了基础;首次用实验证明了用化学气相沉积法制备的碳纳米管半径与金属催化颗粒尺寸的对应关系,对碳纳米管生长机理的研究起了重要作用;运用电场对碳纳米管的排列效应实现了器件制备所要求的化学气相沉积纳米管的原位有序生长;首次用化学或生物分子对碳纳米管表面进行非共化键改性,非共化键改性不会影响碳纳米管的电学特性,但仍然可以用来在纳米管上安装蛋白质,纳米晶粒等,对化学或生物传感器至关重要,相关论文被应用次数超过1400次;实现了由单个纳米管与金属纳米颗粒组成的具有单电子灵敏度的纳米闪存器件;利用碳纳米管与SiO2组成的“纳米铅笔”核壳结构纳米探针在压电介质上实现了超高密度数字存储器件;首次提出和实现了用光学捕获方法操作与分离碳纳米管。近几年在美国伯克利国家实验室主要开展了石墨烯材料的研究,主持了纳米电子学及能源方面应用的科研项目4项,最新的研究成果包括:首创用化学气相沉积法直接在介电基底上形成单层石墨烯薄膜和纳米带场效应器件阵列,相关论文在200912月至201011月的一年间的阅读次数排列在所有Nano Letters文章的前20名;观察了单层石墨烯迪拉克点附近的反常噪声特性;研究了石墨烯纳米带器件的量子局限效应,揭示了石墨烯纳米带的宽度对其输运特性的影响。此外,在锂离子电池,锂硫电池,超级电容器等电化学能量存储方面的研究也取得了突出进展,设计了不同纳米结构的电极材料应用于锂硫电池体系,相关成果发表在Energy & Environmental ScienceJ. Am. Chem. Soc.Nano Letters等杂志上;同时应邀为Nanoscale杂志撰写了锂硫电池专题综述文章;其中基于氧化石墨烯/硫复合电极材料所设计的锂硫电池循环寿命高达1500次,创造了该类型电池的最高纪录,其比容量、充放电速率也均居于世界领先水平,该项研究相关新闻报道刊登在美国能源部科学办公室网站主页上,相关研究成果及论文也被C&EN (美国化学学会会刊) 等科技媒体广泛报道;2015年度最新研究成果通过自主研发设计原位扫描/透射电镜电化学芯片,实现了其对硫化锂电极充电过程的实时观测;在充分理解Li2S充放电机理的基础上设计了高氮掺杂石墨烯负载硫化锂材料作为电池正极,并通过控制充电容量和电压,显著提升了 Li2S的容量利用率及循环寿命,相关成果发表在Advanced Energy Materials杂志上,同时被wiley杂志等科技媒体广泛报道。

合作案例:

日本学术振兴会:金刚石薄膜界原子及电子结构研究

美国英特尔公司:碳纳米管战略研究、相变存储器研发、扫描探针存储器研发

美国能源部国家实验室:表面选择性石墨烯生长的研究

美国国防部:碳纳米纤维超级电容器及其电网能量储存

加州大学伯克利分校:氧化石墨稀与硫的纳米复合正极材料

国家自然科学基金:锂硫电池界面原位表征与调控

中国科学院与美国能源部合作研究重点项目:高比能硫化锂基正极材料的原位表征及性能调控

本团队致力于研究新颖纳米材料的合成、修饰及组装技术,探索其在微纳米电子器件、电化学能源储存技术、太阳能高效转换等领域的应用。以碳基材料(包括石墨烯、氧化石墨烯、碳管及其半导体复合材料等)为主要研究对象,利用分子设计、功能化修饰、界面/表面自组装、模板调控等手段,开发和设计具有高效能量转换能力的新型纳米复合材料;发挥纳米材料物性结构优势,设计开发适用于电化学原位表征技术的微纳米电子器件;并进一步通过拉曼光谱、透射电镜等表征手段对电极电化学过程及电极/电解液界面进行原位实时检测,深入探究其反应机理、异质结构及界面效应等对性能造成的影响,不断优化设计并实现其产业化。特色研究方向包括碳及半导体纳米材料合成及结构表征、纳米电子器件设计、锂硫电池能源储存技术、电化学过程及界面原位表征技术、太阳能高效转换材料设计与开发等。

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