材料基因与大数据技术

2011年6月美国总统奥巴马宣布启动材料基因组计划(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,预期通过集成材料计算与计算机技术,将现有的材料研发周期20~30年缩短到2~3年。十三五期间,我国启动了针对材料基因组的多项国家重大专项计划。团队研究的主要方向是汇聚材料、计算机、化学、机械等相关学科交叉,从理论上结合材料多尺度模拟和高通量计算,将机器学习及大数据技术用于催化材料的理性设计,加速催化材料的研发。

 

 

 

 

    高性能计算平台                                        多尺度模拟                     高通量计算                    材料基因计划

 

柔性光电子器件与装备

柔性光电子器件是一种可穿戴,可弯折的便携式器件,是未来显示/检测/传感等技术前沿发展方向,其中普遍使用的有机(OLED)和量子点(QLED)器件核心发光单元均为水氧敏感性材料,其长期使用稳定性是实际应用关键问题。本团队通过引入ALD方法在纳米尺度对显示器件进行封装,调控表面缺陷态,构造多层水氧渗透路径提升器件的稳定性,在高效封装方面团队基于空间隔离原子层沉积技术(SALD),通过多组成模块设计和薄膜制备工艺研究,相继开发出适应于不同柔性基底高效封装的SALD装备,应用于OLED,QLED器件的表面改性与长期使用稳定性的提升。

ALD设备设计获日内瓦国际发明金奖  柔性电子器件与显示                         量子点发光与探测器件

 

能源材料与环境催化材料

催化反应总是发生在材料表界面,因此其催化活性依赖于材料的表界面结构。原子层沉积(ALD)是一种基于气相化学反应的先进薄膜制备技术,可实现薄膜厚度亚纳米级的精确可控,并且能保证在高比表面积、复杂基底上均匀沉积。本团队发展了选择性ALD方法,结合分子自组装技术成功制备出贵金属核壳纳米结构、金属氧化物异质结构、金属-氧化物选择性包覆结构,在提高催化剂活性的同时显著提高其热稳定性,成功应用于汽车尾气催化。团队将进一步拓展该方法至绿色能源催化领域,包括光催化制氢、甲烷二氧化碳重整、CO2还原制备液体燃料等催化剂的的设计与合成。

汽车尾气NO催化 (Science 2012) CO催化氧化 (Angew. Chem. Int. Ed. 2017) 光催化制氢 (ACS Appl. Mater. Inter. 2015)

 

面向生物医疗的3D打印技术

生物制造是医学研究的前沿领域,其中骨损伤修复一直是当今医学基础研究与临床治疗的重点。其中制造人工骨是骨损伤修复的重要子领域,它是涉及多学科、多技术的交叉领域,其中最为核心的是高端材料的研发和先进制造技术。本团队从人工骨材料性能需求及特殊的制造工艺要求出发,旨在利用增材制造技术(3D打印成型)对高性能工程塑料聚醚醚酮(PEEK)进行快速成型相关方面研究。为了解改善现阶段人工骨骼成型的个性化定制难加工,加工成本高及材料生物兼容性问题。

 自主设计PEEK 3D打印机               骨损伤修复                                               3D打印制造的peek样件