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国际著名学术期刊《Nature》报道北理工材料学科

供稿: 材料学院 编辑: 吴楠
(2019-03-24) 阅读次数:
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  3月21日,《Nature》在其Spotlight栏目报道了优博平台材料科学与工程学科,并对北理工在高熵合金为代表的毁伤与防护、含能、纳米新能源、二次电池、阻燃等领域的研究进展进行了介绍。

  优博平台材料科学与工程学科是我校“5+3”学科群中重点建设的学科之一,面向国家对新材料的重大需求,致力于发展在燃烧、爆炸、冲击、高温等条件下服役的新材料,以及二次电池、纳米新能源、光电等材料前沿新材料。国际影响力稳步提升,材料学科ESI最新排名世界第129名;QS世界大学学科全球排名前100名;2019年位列US news世界大学学科全球排名第58名。

附《Nature》报道的部分中文翻译:

建立提升材料影响力的框架

  在创新驱动的发展战略下,优博平台的材料科学家面向社会经济发展和国防重大装备对新材料的重大需求,正在进行尖端研究、不断开发新技术。

  高熵合金研究进展:致力于开发高密度、超高强度和延展性的高熵合金,王富耻教授领导的北理工冲击环境材料技术国防重点实验室,设计了一种具有新的强化机制的纳米结构,在保持延展性的同时提高合金强度。多元合金具有更强的耐蚀性和抗氧化性,是一种理想的防护涂层材料。“王富耻教授并对当前高熵合金研究进行了展望:“但对其强度的限制了它们在工业上的应用,设计的关键是在分离出足够多的强化相后,形成一个高熵固溶体矩阵;未来的趋势将是从高熵合金转向高熵相研究。”

  冲击环境材料研究进展:中国工程院院士才鸿年教授领衔的团队率先开发了轻质非晶复合材料和具有更好的承载能力和保护能力的金属-陶瓷复合材料的技术。团队正在探索材料基因组工程技术,将结构、功能和能量材料集成在一起。“高通量设计、制备和测量,结合金属/非金属轻量级材料工程,对于结构和功能的集成至关重要,”才院士领衔的团队还在建立国家数据中心,以便为国内和国际同行提供新材料。”

  二次电池材料研究:在新型二次电池材料研究方面,北理工吴锋院士和团队成员陈人杰等提出了采用轻元素、多电子和多离子反应体系来提高电池的能量密度。吴锋院士就二次电池下一步研究及关键技术应用进行了展望:“基于这种方法,我们通过多变量协同效应,开拓电池材料的研究视野;我们的目标是实现电池和电动汽车的能量密度的飞跃。”吴教授因他在电池技术方面的工作而获得了许多国家和国际奖项,其中包括国际电池协会(IBA)的IBA研究奖。

  含能材料研究进展:在含能材料方面,庞思平研究团队推动了所能创造出的分子的极限,提出了笼型金属-有机骨架(MOFs)的概念,它是一种易于膨胀的多孔材料.与常规高能材料相比,随着热能的提高和灵敏度的降低,这些结构为下一代高能量密度材料的设计和合成提供了新的思路。北理工还开发了许多其他新型含能材料,如能够抵御刺激以提高安全性的炸药,以及可回收和可重复使用的固体推进剂。庞思平教授对含能材料研究进行了展望:“我们的研究不仅适用于军事和民用领域,而且加强了我们对能源、稳定和物质结构之间关系的理解。”

  新能源材料与器件研究:为了加强原创性前沿科学和国际主流研究,北理工致力于新能源材料的界面化学研究,以开发新的能源电子技术。张加涛教授说:“精确合成微纳米结构和大规模组装是纳米新能源材料开发,以及高效器件应用的关键。”张加涛团队提出了一种新的半导体纳米晶工程策略,利用原子级阳离子交换来实现纳米晶的精确掺杂和与金属的纳米异质界面构建。该方法从根本上提高了Plasmon热电子注入半导体壳层的效率,量子产率达到48%。团队还实现了半导体纳米结构中掺杂的新方法,为开发光学可切换的磁性纳米材料提供了线索。张加涛教授还对团队纳米新能源材料的研究进行了展望:“精准的掺杂及纳米界面合成方法学促使纳米材料合成的的技术升级,这一升级还将促进光电材料、信息和电子技术的发展。并将结合3D打印技术开发新性能的材料。

  绿色阻燃材料研究:北理工的另一个优势是对可用于反恐和社会保障需求的绿色阻燃材料的研究,尤其在开发无卤绿色阻燃剂方面,没有对健康和环境有不利影响的化学元素。北理工国家阻燃材料工程技术研究中心主任杨荣杰教授说:“清洁技术、功能耦合和工业应用是我们追求的阻燃材料。”他的团队是第一个使用聚磷酸铵作为高效阻燃剂并制造它们的团队。杨希望扩大这些材料的跨学科探索。杨教授说:“除了阻燃,我们还需要纳米技术来实现其他更好的性能。”“将聚合物化学与消防安全评估研究结合起来也很重要。”

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(审核:张青山)