納米材料功能化宏觀體系的構(gòu)筑和性能研究

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1、納米材料功能化宏觀體系的構(gòu)筑和性能研究項目名稱：納米材料功能化宏觀體系的構(gòu)筑和性能起止年限：依托部門：研究姜開利清華大學(xué)2012.1至2016.8教育部首席科學(xué)家：一、關(guān)鍵科學(xué)問題及研究內(nèi)容本項目擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題是：1、納米材料單元構(gòu)筑宏觀尺度納米材料體系的界面結(jié)構(gòu)控制(1)不同材質(zhì)納米結(jié)構(gòu)單元界面結(jié)構(gòu)的設(shè)計和構(gòu)筑方法(2)不同尺寸和維度納米結(jié)構(gòu)單元組合的原理2、不同納米材料單元組裝后性能演變和調(diào)控(1)納米材料單元組裝后性能變化的機理和優(yōu)化的方法(2)多尺度單元組合對性能的影響以及單元耦合

2、所產(chǎn)生的新功能3、宏觀尺度納米材料體系中電子、光子和能量傳輸?shù)男乱?guī)律(1)異質(zhì)界面電子、光子和能量傳輸?shù)男乱?guī)律(2)納微尺度下的界面效應(yīng)對性能的調(diào)控4、宏觀尺度納米結(jié)構(gòu)服役過程中的性能穩(wěn)定性(1)對外場的響應(yīng)(2)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和性能穩(wěn)定性的關(guān)系以解決上述科學(xué)問題為核心，本項目的主要研究內(nèi)容是：1、不同材質(zhì)納米結(jié)構(gòu)單元界面結(jié)構(gòu)的設(shè)計，多元異質(zhì)宏觀尺度納米結(jié)構(gòu)單元構(gòu)筑的新原理和新方法，包括從納米結(jié)構(gòu)單元的制備，——————————————————————————————————————————————

3、—納米結(jié)構(gòu)單元組合成微米結(jié)構(gòu)，到由微米結(jié)構(gòu)構(gòu)筑宏觀尺度的材料體系，發(fā)展不同尺度、不同維度納米單元構(gòu)筑宏觀尺度納米材料體系的新技術(shù)。構(gòu)筑宏觀尺度納米材料體系的單元材質(zhì)為：(a)半導(dǎo)體/金屬肖特基結(jié)；(b)磁性/非磁性、磁性/鐵電組合體；(c)碳管、碳管束和其他碳納米結(jié)構(gòu)單元。2、納米材料單元組裝后性能變化的機理和優(yōu)化的方法，宏觀尺度納米材料體系中納米單元的耦合效應(yīng)產(chǎn)生的新現(xiàn)象和新性能。主要研究內(nèi)容為：碳納米管與金屬、高聚物復(fù)合體系界面的耦合效應(yīng)，半導(dǎo)體量子點和貴金屬納米線異質(zhì)界面耦合和光傳輸行為，

4、肖特基結(jié)能量傳遞(光?電)，磁性/非磁性和磁性/鐵電性復(fù)合納米單元界面耦合效應(yīng)及能量傳遞的新規(guī)律(電?磁、磁?光)。通過耦合尺度效應(yīng)的研究實現(xiàn)納米單元組成的宏觀尺度體系的綜合性能的調(diào)控和優(yōu)化。3、宏觀尺度納米材料體系中異質(zhì)界面對電、光、磁性能調(diào)控和輸運性質(zhì)的影響，能量傳遞和轉(zhuǎn)化的新規(guī)律，探索其可能的應(yīng)用。主要研究內(nèi)容為：磁性/鐵電復(fù)合納米單元之間能量傳遞和轉(zhuǎn)換的新規(guī)律(電?力、力?磁)，實現(xiàn)增強電控磁效應(yīng)的最佳條件，探索基于磁性/鐵電復(fù)合納米單元的電控磁存儲技術(shù)，以納微光學(xué)器件為導(dǎo)向，研究半導(dǎo)體

5、量子點、金屬納米線等組合單元協(xié)同傳遞光子的行為，通過尺度效應(yīng)和耦合效應(yīng)的研究，探索能量傳輸、轉(zhuǎn)換的新規(guī)律，發(fā)展基于納米材料的紅外波段探測器件，研究紅外示范探測器件性能的穩(wěn)定性。4、宏觀尺度納米材料體系的結(jié)構(gòu)性能關(guān)系及其在服役過程中的性能穩(wěn)定性，主要研究內(nèi)容為：研究復(fù)合納米材料體系中，界面結(jié)構(gòu)———————————————————————————————————————————————和特性對宏觀性質(zhì)的影響，探索提高材料綜合性能的途徑，研究碳納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料在外場作用下材料性能的變化與納微結(jié)構(gòu)的關(guān)

6、系，能量和物質(zhì)轉(zhuǎn)化和傳輸?shù)囊?guī)律，服役條件下材料和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，探討在高性能儲能器件中的應(yīng)用。二、預(yù)期目標(biāo)總體目標(biāo)：本項目的總目標(biāo)是：在過去研究的基礎(chǔ)上，優(yōu)選和發(fā)展具有應(yīng)用前景的納米結(jié)構(gòu)單元，發(fā)展宏觀尺度納米材料體系的制備方法，揭示納米單元之間的界面效應(yīng)和多尺度耦合效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)宏觀尺度納米材料體系中的新現(xiàn)象、新特性和新原理。以此為基礎(chǔ)，設(shè)計和制作有明確應(yīng)用目標(biāo)、擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的宏觀尺度納米材料體系，以滿足新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)(IT、新能源和新材料等)的需求。五年預(yù)期目標(biāo)：1、構(gòu)筑出3-4種有獨特性能的宏觀

7、尺度納米材料體系發(fā)展不同材質(zhì)納米結(jié)構(gòu)單元界面結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，從納米結(jié)構(gòu)單元的制備?納米結(jié)構(gòu)單元組合的微米結(jié)構(gòu)?由微米結(jié)構(gòu)構(gòu)筑宏觀尺度的納米材料體系的技術(shù)路線，建立幾種不同尺度、不同維度、不同材質(zhì)的宏觀尺度納米材料體系構(gòu)筑的新方法，進而發(fā)展幾種實用的構(gòu)筑新技術(shù)。制備出3-4種有獨特性能的宏觀尺度納米材料體系，包括：異質(zhì)納米單元構(gòu)筑的宏觀尺度納米材料體系，磁性/非磁性納米單元構(gòu)筑的宏觀尺度納米陣列，不同維度的碳納米單元構(gòu)筑的宏觀尺度碳納米管束、碳納米陣列、有序網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?！?/p>

8、————————————————————————————————2、在基本科學(xué)問題上有所突破宏觀尺度納米材料體系中存在著性質(zhì)不同的界面和多尺度的耦合效應(yīng)，因此結(jié)構(gòu)單元間的界面對體系光、電、磁性能的影響是重要的科學(xué)問題之一。通過本項目的研究將揭示不同尺度、不同材質(zhì)的界面特性及其統(tǒng)計規(guī)律。揭示不同類型界面結(jié)構(gòu)對性能的影響規(guī)律，耦合效應(yīng)產(chǎn)生的新性能，物質(zhì)和能量傳輸?shù)男乱?guī)律，對外場的響應(yīng)特性，在服役條件下的性能變化規(guī)律及其穩(wěn)定性。3、實現(xiàn)3-4種重要應(yīng)用(1)5種宏觀尺度碳納米復(fù)合材料。(2)基于不同半