单斌 教授

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2014-09-11 21:09:08 作者: 所属分类:教师 阅读:834

bshan

基本信息

单斌,男,1978年9月生,浙江宁波人。华中科技大学料学院教授、博士生导师,兼任德州大学达拉斯分校材料系客座教授,中科院宁波材料所客座研究员,材料科学与技术系副系主任。教育部新世纪优秀人才支持计划获得者,湖北省首届“百人计划”专家。美国材料学会会员。

主要经历

  • 2010-至今华中科技大学材料科学与工程学院教授,德州大学达拉斯分校客座教授,中科院宁波材料所客座研究员;
  • 2006-2010 硅谷创投公司计算纳米部门资深科学家;
  • 2001-2006 美国斯坦福大学应用物理系博士,电子工程博士辅修学位;
  • 1997-2001 清华大学物理系学士。

研究方向

单斌教授领导的“先进材料设计实验室”的研究特点在于利用原子层沉积等纳米可控的实验手段,紧密结合跨尺度方法数值模拟以及先进的表征手段,研究新型催化和能源材料的奇特性质和器件性能。具体的研究领域包括:

1. 新型复合催化剂的理性设计

机动车尾气排放的一氧化碳、氮氧化合物、碳氢化合物等是严重的大气污染物,是导致酸雨、雾霾等极端气候的根源之一,对人体健康和环境构成严重威胁。研究高效的复合催化剂以替代价格昂贵、储量稀缺的贵金属对汽车行业的发展及环境保护有着重要意义。我们致力于利用非常规的合成手段和气相沉积改性,并结合多尺度的方法优化其催化性能,研究催化机理,为设计发展新型催化剂提供新的思路。在前期工作中,我们结合实验和理论计算方法成功开发了新型的莫来石复合催化剂,该成果发表于2012年的Science杂志。后续的研究除了将复合催化剂用于尾气处理,也尝试将其用于燃料电池、光催化和光解水等和分解氧有关的催化反应,该项目获得国家重大科学研究计划青年科学家专题的资助。另外,航空航天中使用的推进剂由于其高活性和高能量密度,需要合适的手段进行改性和包覆,从而达到热量释放的可控性。传统的液相工艺由于改性过程中容易和溶剂发生不可逆转的复杂作用,从而导致推进剂的失效。而基于气相方法沉积包覆的复合材料,可以有效地取得纳米尺度的致密包覆,从而达到燃料的可控燃烧。

2. 原子层沉积工艺的工艺流程和设备开发

原子层沉积技术(atomic layer deposition, ALD)已经逐渐成为了沉积功能薄膜的重要技术之一。该技术可以在纳米级尺度上精确控制物质成分和形貌,它可以将被沉积物质以单原子膜的形式一层一层的镀在基底表面。原子层沉积技术具有沉积大面积均匀薄膜,膜厚纳米级可控生长,低温条件沉积,适合各种复杂基底(如高深宽比的结构)的优异性能。这些独特的优势使原子层沉积技术在大规模集成电路、新型能源、催化剂,储能材料等方面均有着重要的应用前景。我们主要通过运用ANSYS,Fluent,Matlab等分析软件研究其腔体气流的流体运动以及热传导性质,利用第一性原理计算基元反应的路径,对原子层沉积的化学反应过程和反应中的流场分布进行模拟以确定和优化原子层沉积的工艺参数,利用PLC和FPGA等实现温控算法,研究开发适合特殊需求的原子层沉积设备。

3. 跨尺度模拟和材料基因组工程

2011年6月美国国家科学技术政策办公室组织了一个材料基因组计划(MGI),将材料计算设计、数据处理以及综合的工业化过程列为政府重点投资的方向,我国也特别组织了“材料科学系统工程”香山会议对材料计算设计进行了研讨。因为现代材料计算学的发展,通过材料计算而实现先进材料的设计成为可能。如果利用材料基因组的方法来进行材料设计,周期可以缩小一半,而费用则只有几分之一或几十分之一。 微观模拟和跨尺度模拟是材料基因组的核心组成。材料的性质,特别是力学性质,通常是多尺度的过程相互关联,包括从原子尺度到宏观尺度。目前我们的研究主要集中在基于第一性原理结果的原子势场开发,用反演势发展适合于跨尺度模拟的经验势场,并将其运用于TiAl合金等航空关键材料、锂电等储能材料的性质计算。课题组已经自主发展了基于Chen-Mobius反演的MEAM分子动力学程序,并且利用计算模拟成功预测了一些复合碳基材料的新构型和新型能。进一步,我们将设计低维碳基材料的杂化结构,包括纳米树芽、杂化管束、纳米支撑结构等,从理论上探索它们表现出来的新奇的力学、电学、光学等特性,并深入研究这些新型碳基杂化结构在纳米电子学以及能源材料如储氢,锂离子电池电极材料等方面的应用。

科研成果

单斌教授主要从事材料的理性设计和材料的计算模拟技术开发,通过对材料性质的计算模拟,加速先进材料的研发过程。在Science (IF=31.8), ACS Nano (IF=9.8), Phys. Rev. Lett.(IF=7.3)等国际权威期刊发表论文30余篇,其中部分科研成果已经成功实现产业化。课题组的研究领域涉及高效金属-氧化物复合催化剂的催化机理研究、原子层沉积(ALD)工艺的数值模拟、地维碳基材料的电子及输运性质研究和高精度的分子动力学原子势场的开发等。目前负责、参与的研究项目包括:国家重大科学研究计划青年科学家专题、国家自然科学青年科学基金、教育部创新团队、校自主创新基金、国际合作项目等。单斌教授同时还担任Physical Review Letters, Physical Review B, Composite Science and Technology, Nanotechnology, Applied Physics A, Journal of Nanoparticle Research, Journal of Physical Chemistry, Solid State Communications, Mater. Res. Soc. Symp. Proc.等国际权威期刊的审稿人。

部分代表作

  1. Y. W. Wen, X. Liu, X.B. Duan, K. Cho, R. Chen, and Bin Shan*, “Theoretical Study of sp2?sp3 Hybridized Carbon Network for Li-ion Battery Anode”, Journal of Physical Chemistry C, 117 (2013) 4951.
  2. W. Wang, G. McCool, N. Kapur, G. Yuan, Bin Shan, M. Nguyen, U. Graham, B. Davis, G. Jacobs, K. Cho, and X. Hao, “Mixed-Phase Oxide Catalyst Based on Mn-Mullite (Sm,Gd)Mn2O5 for NO Oxidation in Diesel Exhaust”, Science, 337 (2012), 832.
  3. C. Gong, D. Hinojos, W. Wang, N. Nijemt, Bin Shan, K. Cho, and Y. J. Chabal, “Metal-Graphene-Metal Sandwich Contacts for Enhanced Interface Bonding and Work Function Control”, ACS Nano, 6 (2012), 5381.
  4. W. Wang, W. Yang, R. Chen, X. Duan, Y. Tian, D. Zeng, and Bin Shan*, “Investigation of band offsets of interface BiOCl:Bi2WO6: a first-principles study”, Physical Chemistry Chemical Physics, 14 (2012) 2450.
  5. Z.Z. Chen, Bin Shan*, R. Chen, “Electronic origin of the phase transition in ternary alloy Mo(Si1-x,Alx)2”, Applied Physics Letters, 98 (2011) 101903.
  6. Bin Shan*, L. Wang, S. Yang, Y. Zhao, J. Hyun, J.B. Nicholas and K. Cho, “First-principles-based embedded atom method for PdAu nanoparticles”, Physical Review B, 80 (2009) 035404.
  7. Bin Shan*, Y. Zhao, J. Hyun, N. Kapur, J.B. Nicholas and K. Cho, “Coverage Dependent CO Adsorption Energies from First-Principles”, Journal of Physical Chemistry C, 113 (2009) 6088.
  8. 8)Bin Shan*, N. Kapur, J. Hyun, L. Wang, J.B. Nicholas, and K. Cho, “CO-Coverage-Dependent Oxygen Dissociation on Pt(111) Surface”, Journal of Physical Chemistry C, 113 (2009) 710.
  9. A. Nojeh, Bin Shan, K. Cho, and R.F.W. Pease, “Ab initio Modeling of the Interaction of Electron Beams and Single-Walled Carbon Nanotubes”, Physical Review Letters, 96 (2006) 056802.
  10. Bin Shan and Kyeongjae Cho, “First Principles Study of Work Functions of Single Wall Carbon Nanotubes”, Physical Review Letters, 94 (2005) 236602.

对考生的基本要求

欢迎有志于从事博士后研究的学者加盟!
欢迎肯动脑筋、学习能力强、有责任心的同学报考并加入先进材料设计实验室。读硕士和博士学位的考生应具有扎实的基础、学习能力强、英文说写熟练、对材料的可控合成、材料的计算模拟、相关工艺及设备有浓厚兴趣。欢迎材料、物理、机械电子等专业的同学报考,也特别欢迎具有材料、电子、化学、物理及工程等交叉背景的同学报考。希望在这个严谨认真、多学科交叉的集体里,度过充实而有意义的科研学习时光。

 

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