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材料类国家重点实验室介绍(三)

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导读:Hello! 材料类国家重点实验室介绍第三期来了,这次介绍的时隶属于上海硅酸盐研究所的高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室。

高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室

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为促进我国高性能陶瓷的研究和发展,扩大我国在该领域中的影响,1988年4月,经国家计委和中国科学院批准,在中科院上海硅酸盐研究所建立高性能陶瓷和超微结构开放实验室;1989年1月实验室正式对外开放;1991年纳入国家重点实验室系列,更名为高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室;1995年11月通过国家验收。1992,1997,2003,2008,2013年,五次通过国家评估,其中两次被评为“优秀”。目前,两院院士严东生先生任实验室名誉主任,陈立东研究员任实验室主任,中国工程院院士江东亮先生任实验室学术委员会主任。

实验室立足于先进无机材料研究发展的前沿领域,结合化学、物理学、电子学、生物学等基本理论和研究方法,在先进无机材料的结构设计、制备科学以及应用等方面开展一系列前瞻性基础研究和应用基础研究。主要研究方向为:(1)高性能陶瓷材料多层次结构设计、材料性能和微结构研究;(2)无机纳米材料研究;(3)生物医用材料;(4)无机新材料探索与计算材料科学研究。

实验室现有固定人员78人,其中院士3人(含两院院士1人),研究员39人。35岁以下的青年研究人员占全室人员的45%。自实验室建立以来,先后有2人当选第三世界科学院院士,5人当选世界陶瓷科学院院士,6人获得“国家杰出青年基金”,2人入选“国家新世纪百千万人才工程”,2人入选中组部“千人计划”;23人入选中国科学院“百人计划”。

目前国际合作对象已发展到包括美、英、日、德等国的20多所大学及研究所;在国内与清华大学等近30个高校和研究所保持广泛的合作交流。在迄今资助的200余个实验室开放课题中,60%的课题由客座研究人员承担。实验室学术交流频繁,每年出访和来访人员超过100人/次,实验室作为承办单位曾多次举办国内及国际大型学术会议。

实验室坚持中、长期发展目标,进一步发展具有中国特色的新材料、新工艺和有创建性的理论,保持和加强实验室在高性能陶瓷材料领域的优势地位,使之成为国际著名的国家重点实验室之一。

一、高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室主要研究方向:

1、构/功能一体化材料

  • 先进陶瓷基复合材料的设计与制备课题组(郭景坤)
  • 先进碳化物陶瓷材料课题组(江东亮、黄政仁)
  • 组合技术及新材料研究课题组(刘 茜)
  • 先进非氧化陶瓷课题组(张国军)
  • 空间材料与实验技术研究课题组(刘 岩)
  • 复合材料研究课题组(董绍明)
  • 先进环境材料研究课题组(曾宇平)
  • 无机材料力学行为与表征课题组(蒋丹宇)

2、能源与环境材料

  • 介孔与低维纳米材料课题组(施剑林)
  • 热电转换材料与器件课题组(陈立东)
  • 纳米功能材料与光电器件课题组(孙 静)
  • 功能薄膜材料物理性能及应用研究课题组(李效民)
  • 环境功能材料课题组(王文中)
  • 离子导电能量转换材料与薄膜锂电池研究课题组(郭向欣)
  • 无机亚稳材料设计与应用研究课题组(余建定)
  • 光电转换材料与器件研究课题组(黄富强)
  • 工业陶瓷课题组(金平实)

3、生物医用材料

  • 生物医用材料与组织工程材料研究课题(常 江)
  • 生物纳米技术研究课题组(朱英杰)
  • 生物材料表面与界面研究课题组(刘宣勇)

4、超微结构与计算科学

  • 计算材料物理与材料设计课题组(张文清)
  • 材料的透射电子显微结构表征课题组(许钫钫)
  • 电子探针材料显微结构及微区成分表征课题组(曾毅)

二、高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室承担的国家任务

2016-2020,国家杰出青年基金,生物陶瓷涂层 (51525207)

2016-2020,国家基金委重点项目,核能用锆基化合物陶瓷的协同设计、制备科学与相关机理研究 (51532009)

2015-2019,国家基金委重点项目,颌骨组织“仿生理性”再生的调控及其机制研究 (81430012)

2015-2017,国家863计划,复杂结构组织在上的只能生物材料的实用性和前瞻性技术研究和产品开发 (2015AA020302)

2014-2015,国家重大科技专项,微纳尺度(原位)表征技术与方法研究

2014-2016,氢化树脂与光热调制材料可控高效制备与应用关键技术 (2014AA032802)

2013-2017,国家973计划子课题,具有多局域效应的电热输运机理及新材料设计 (2013CB632501)

2013-2017,国家973计划子课题,面向规模化应用的高性能热电材料外场调控制备 (2013CB632503)

2013-2015,国家863计划,高性能碳化硼陶瓷规模化制备技术开发 (2013AA030703)

2013-2014,国家863计划,地下城市空间机动车排放污染物净化技术与示范 (2012AA062703)

2013-2016,国家杰出青年基金,介孔结构纳米复合材料与性能研究 (51202274)

2013-2015,国家优秀青年基金,半导体热电能量转换材料 (51222209)

2013-2017,国家基金委重点项目,“声子玻璃-电子晶体”热电化合物的电热输运机制探索与微观设计 (11234012)

2013-2015,国家自然科学基金委与中国工程院联合工作方案,我国高耗能工业高温热工装备节能科技发展战略研究 (L1322012)

2012-2015,国家973计划子课题,激发生物效应的多级微纳结构材料的设计与可控制备 (2012CB933601)

2012-2014,国家基金委创新群体,高性能无机复合能量转换材料的研究 (50821684)

2012-2016,国家基金委重大项目,硬组织生物活性材料与宿主局部微环境的相互作用及其在组织再生中的转归 (81190132)

2012-2016,国家基金委重点项目,新型无机纳米载体的结构调控及抗癌药物控释与靶向性能研究 (51132009)

2011-2014,国家基金委重大项目,层状电磁复合材料的界面结构设计与制备方法 (11090332)

2011-2014,国家基金委重点项目,热致变色节能玻璃镀膜材料的设计与磁控溅射制备及其应用基础研究 (51032008)

2010-2013,国家基金委重大项目,透明陶瓷激光介质材料制备与性能调控 (50990300)

2009-2011,国家基金委创新群体,高性能无机复合能量转换材料的研究 (50821004)

2009-2012,国家杰出青年基金,计算材料科学与无机复合能量转换材料的微观设计 (50825205)

2009-2012,国家基金委重点项目,高性能纳米复合热电材料 (50820145203)

2008-2011,国家基金委重点项目,硅酸盐基骨组织工程材料及与再生环境相互作用关系的研究 (30730034)

2007-2011,国家973计划子课题,复合热电材料微结构调控与性能 (2007CB607502)

2007-2011,国家973计划子课题,新热电化合物体系探索及其构建规律 (2007CB607503)

2007-2010,国家杰出青年基金,粉末成型与烧结技术 (50625414)

2007-2010,国家基金委重点项目,新型介孔主客体复合材料及其非均相催化性能调控 (20633090)

2007-2010,国家基金委重点项目,超高温陶瓷相图、材料制备与微结构控制的研究 (50632070)

2006-2010,国家973计划子课题,生物材料组成与特定构型对细胞分化、组织形成的影响及作用机制 (2005CB522704)

2006-2009,国家杰出青年基金,结构陶瓷 (50525205)

三、高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室主要装备

仪器名称:场发射透射电镜(Tecnai G2 F20)

主要技术指标:点分辨率:≤0.24nm,线分辨率:≤0.10nm,加速电压: 20,40,60,80,100,120,160,200KeV,束流:1nm 束斑电流 >0.6nA        束斑漂移:< 0.5nm/min,球差系数:≤ 1.2 mm,EDS 能量分辨率优于136eV,能损谱系统能量分辨率:最佳分辨率0.4eV。

 

仪器名称:离子减薄仪

主要功能:减薄非磁性无机材料的透射电镜样品;离子刻蚀样品表面,消除残余应力

主要技术指标:工作电压范围:0.6KeV- 10KeV、真空系统:< 2 x 10-3Pa、电子枪束流:0~3.5Ma、电子枪工作角度: -45o ~ +45o、离子枪倾转角:-9.5o ~ +9.5o、旋转速率:0.6 ~ 10 rpm、气体介质:高纯氩气

 

仪器名称:智能烧结炉(美国Materials Research Furnaces Inc.,HP-12×12-GG-2600-VM-G-15T)

主要功能:先进非氧化物陶瓷的热压和无压烧结

主要技术指标:高纯氩气保护下,热压烧结<2000℃,无压烧结<2200℃、升温速度:<30℃ /min、最高压力:133kN,温度均匀性:<±10°C。

 

仪器名称:超高温炉(美国Materials Research Furnaces Inc., T-4×8-GG-3000-VG)

主要功能:超高温陶瓷的无压烧结

主要技术指标:高纯氩气保护下,无压烧结<3000℃,升温速度:<50℃ /min,温度均匀性:<±10°C。

 

仪器名称:多功能烧结炉(日本,HIGH-MULTI-10000型)

主要功能:热压烧结、真空烧结、气压烧结。

主要技术指标:最高温度2200度;真空5.0×10?–5Torr;气氛压力0.95MPa;机械压力10T;最大烧结试样:直径150,高度120毫米;最大热压试样直径70毫米。

 

仪器名称:高温热等静压(美国,OIH-9型)

主要功能:气压烧结

主要技术指标:最高温度2000度;最高气氛压力206MPa;最大烧结区域:直径152毫米,高度305毫米,试样最大重量35公斤。

 

仪器名称:全自动四站比表面积及孔径分布分析仪(美国康塔,Quadrasorb SI/MP)

主要功能:氮气吸附的方法测试粉体的BET比表面积、介孔材料的孔径分布(BJH方法)和微孔材料的孔径分布(DFT方法);四站可独立分析不同测试条件的样品;该仪器适合介孔材料孔径分布的批量测试。

主要技术指标:孔径测试范围:0.35纳米~300纳米。

 

仪器名称:离心/重力沉降粒度仪(美国布鲁克海文,XDC)

主要功能:基于经典的离心/沉降原理,通过高精度的数字式电机控制获得准确离心转速,由X射线源检测颗粒沉降,不需要进行消光校正,但不适合碳元素以下的材料粒度测试。

主要技术指标:粒度范围:0.01纳米~100微米(与材料密度有关);测试精度:2%;水介质分散。

 

仪器名称:流变仪(MCR 301 奥地利安东帕)

主要功能:采用空气轴承、同步电机马达和直接应变振荡技术,具有响应快、精度高和丰富的功能附件等特点。主要用于陶瓷浆料和高分子溶液等的粘度测试、静态剪切(剪切速率扫描)、动态剪切(应力、应变、频率、温度扫描)等。

主要技术指标:扭矩:0.05μNm~200mNm;温度范围:-20℃~200℃;

剪切速率:10-7~103s-1;频率:10-3~79Hz。

 

仪器名称:zeta电位/粒度分析仪(Zeta Plus美国布鲁克海文)

主要功能:结合频谱漂移分析技术,简单、方便地测量颗粒的电泳迁移率,并获得无机或有机材料的Zeta电位;作为附加功能,该仪器还可通过动态激光散射的方法测试纳米粉体的粒径分布。

主要技术指标:粒度测试范围:3纳米~3微米。

 

仪器名称:电化学综合工作站(英国solartron, 1260-1470E)

主要功能:Solartron电化学工作站由恒电位仪1470E、阻抗分析仪1260和频响仪1455A组成。该电化学工作站具有8通道,可支持除阻抗分析外的8个样品的动(静)电位(电流)功能分析。该系统进行如下方面的分析测试:静(动)电位(电流)分析;阻抗分析;电化学沉积、腐蚀的样品处理。

主要技术指标:最大电流4A;最大电压10V;频率:10-5Hz~100MHz。

 

仪器名称:脉冲激光沉积成膜系统(日本诚南工业株式会社,PLD200)

主要功能:主要用于低压沉积各种高质量薄膜,同时配有反射高能电子衍射系统,可实现薄膜沉积过程的原位监控与分析。

主要技术指标:极限真空:5E-5pa;衬底温度:≤800℃;激光波长:248nm;激光脉冲能量:≤700mJ;激光重复频率:1-10Hz;衬底尺寸:<Φ60mm;靶材尺寸≤Φ20mm

 

仪器名称:磁控溅射成膜系统(日本诚南工业株式会社,EI-R04M)

主要功能:用于沉积各种金属及化合物薄膜,有射频和直流两种模式,三个靶位。

主要技术指标:极限真空:2E-4Pa;最高衬底温度:1200℃;靶-衬底间距:50-200mm;常用溅射功率:10-400w;衬底尺寸:<Φ100mm;靶材尺寸:Φ50.8mm。


四、高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室主要大咖

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严东生,著名材料科学家。1918年2月生,浙江杭州人,就读于清华大学及燕京大学,于1939和1941年分别获学士和硕士学位,后于1949年获美国伊利诺大学博士学位1980年当选为中国科学院院士,1994年当选为中国工程院院士。现任中科院特邀顾问,上海硅酸盐研究所名誉所长,中国化学会理事长等职。在高温材料制备科学与机理,多元氮化物与氧化物体系的热力学与动力学研究,高性能材料设计与微观调控以及陶瓷基复合材料的研究等诸方面作出了开创性的工作。他同时着眼于实际问题的解决,在高性能无机材料的基础研究和应用研究方面成绩卓著,是中国无机材料科学的奠基人。他是精细陶瓷、纳米材料科学等国家重大研究项目的首席科学家, 并与国外建立了广泛的研究合作关系,他领导研制生产的锗酸铋(BGO)大单晶被 欧洲核子中心选用,其质量、数量与性能均居世界第一。由于他的成就和贡献,被国外多个大学和学术团体授予荣誉称号,被国际无机材料科学界誉为最有影响的学术领导人之一。

 

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郭景坤。无机化学家与材料科学家。1933年11月生,广东新会人。1958年毕业于复旦大学化学系。现为中国科学院上海硅酸盐研究所学术委员会主任。1990年被选为世界陶瓷科学院(WAC)院士,1991年被选为中国科学院院士。1999年被选为第三世界科学院院士。现为《无机材料学报》、《硅酸盐通报》主编和Chief Editors in of《Ceramics Internationals》;Member of Nomination Committee of WAC 。曾任中国科学院上海硅酸盐研究所所长;“863”新材料领域第二届首席科学家等。早期从事陶瓷与金属封接研究,研究成功适用于多种陶瓷与金属的封接,解决了我国电真空事业发展中的一个关键。后从事纤维补强陶瓷基复合材料的研究。 研究成功的陶瓷基复合材料具有高强度和高韧性,极好的耐热冲击和耐烧蚀性能。他研究陶瓷材料的强化与增韧,以及陶瓷发动机用材料与部件,使我国成为国际上为数不多的能够进行陶瓷发动机行车试验的国家之一。近年从事复相陶瓷、纳米陶瓷研究、陶瓷材料的晶界应力设计研究、陶瓷的低温烧结和多相材料研究。

 

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江东亮。著名材料科学家,1937年9月生,研究员,博士生导师。1960年毕业于南京化工学院。1992年入选国际陶瓷科学院院士, 2001年当选为中国工程院院士。历任上海硅酸盐研究所副室主任、副所长,高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室主任,学术委员会主任等职务。1981-1983年,在美国密歇根大学冶金和材料科学工程系工作。长期从事先进陶瓷的组成、结构、工艺与性能关系的研究与发展工作。先后开展氧化铝陶瓷末期烧结气氛对材料致密化的影响,碳化物或含碳化物的复合材料的高温等静压氮化改性工艺等基础研究工作,促进了无机材料科学的发展。新材料开发和工程应用上,在国内研制成功高致密微晶氧化铝陶瓷及机械密封件,磁流体发电电极材料,氧化铝轻质、重质耐热混凝土,碳化硅基工程陶瓷,复相陶瓷和陶瓷基复合材料等。广泛应用于机械、化工、能源、交通和空间等行业,取得了相当的社会和经济效益。

五、高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室网址:

http://www.skl.sic.cas.cn

 

来源:整理自中科院上海硅酸盐研究所。编辑:SARS

 

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