纳米材料功能化宏观体系的构筑和性能研究

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1、纳米材料功能化宏观体系的构筑和性能研究项目名称：纳米材料功能化宏观体系的构筑和性能起止年限：依托部门：研究姜开利清华大学2012.1至2016.8教育部首席科学家：一、关键科学问题及研究内容本项目拟解决的关键科学问题是：1、纳米材料单元构筑宏观尺度纳米材料体系的界面结构控制(1)不同材质纳米结构单元界面结构的设计和构筑方法(2)不同尺寸和维度纳米结构单元组合的原理2、不同纳米材料单元组装后性能演变和调控(1)纳米材料单元组装后性能变化的机理和优化的方法(2)多尺度单元组合对性能的影响以及单元耦合

2、所产生的新功能3、宏观尺度纳米材料体系中电子、光子和能量传输的新规律(1)异质界面电子、光子和能量传输的新规律(2)纳微尺度下的界面效应对性能的调控4、宏观尺度纳米结构服役过程中的性能稳定性(1)对外场的响应(2)结构稳定性和性能稳定性的关系以解决上述科学问题为核心，本项目的主要研究内容是：1、不同材质纳米结构单元界面结构的设计，多元异质宏观尺度纳米结构单元构筑的新原理和新方法，包括从纳米结构单元的制备，——————————————————————————————————————————————

3、—纳米结构单元组合成微米结构，到由微米结构构筑宏观尺度的材料体系，发展不同尺度、不同维度纳米单元构筑宏观尺度纳米材料体系的新技术。构筑宏观尺度纳米材料体系的单元材质为：(a)半导体/金属肖特基结；(b)磁性/非磁性、磁性/铁电组合体；(c)碳管、碳管束和其他碳纳米结构单元。2、纳米材料单元组装后性能变化的机理和优化的方法，宏观尺度纳米材料体系中纳米单元的耦合效应产生的新现象和新性能。主要研究内容为：碳纳米管与金属、高聚物复合体系界面的耦合效应，半导体量子点和贵金属纳米线异质界面耦合和光传输行为，

4、肖特基结能量传递(光?电)，磁性/非磁性和磁性/铁电性复合纳米单元界面耦合效应及能量传递的新规律(电?磁、磁?光)。通过耦合尺度效应的研究实现纳米单元组成的宏观尺度体系的综合性能的调控和优化。3、宏观尺度纳米材料体系中异质界面对电、光、磁性能调控和输运性质的影响，能量传递和转化的新规律，探索其可能的应用。主要研究内容为：磁性/铁电复合纳米单元之间能量传递和转换的新规律(电?力、力?磁)，实现增强电控磁效应的最佳条件，探索基于磁性/铁电复合纳米单元的电控磁存储技术，以纳微光学器件为导向，研究半导体

5、量子点、金属纳米线等组合单元协同传递光子的行为，通过尺度效应和耦合效应的研究，探索能量传输、转换的新规律，发展基于纳米材料的红外波段探测器件，研究红外示范探测器件性能的稳定性。4、宏观尺度纳米材料体系的结构性能关系及其在服役过程中的性能稳定性，主要研究内容为：研究复合纳米材料体系中，界面结构———————————————————————————————————————————————和特性对宏观性质的影响，探索提高材料综合性能的途径，研究碳纳米结构复合材料在外场作用下材料性能的变化与纳微结构的关

6、系，能量和物质转化和传输的规律，服役条件下材料和结构的稳定性，探讨在高性能储能器件中的应用。二、预期目标总体目标：本项目的总目标是：在过去研究的基础上，优选和发展具有应用前景的纳米结构单元，发展宏观尺度纳米材料体系的制备方法，揭示纳米单元之间的界面效应和多尺度耦合效应，发现宏观尺度纳米材料体系中的新现象、新特性和新原理。以此为基础，设计和制作有明确应用目标、拥有自主知识产权的宏观尺度纳米材料体系，以满足新兴战略产业(IT、新能源和新材料等)的需求。五年预期目标：1、构筑出3-4种有独特性能的宏观

7、尺度纳米材料体系发展不同材质纳米结构单元界面结构的设计方法，从纳米结构单元的制备?纳米结构单元组合的微米结构?由微米结构构筑宏观尺度的纳米材料体系的技术路线，建立几种不同尺度、不同维度、不同材质的宏观尺度纳米材料体系构筑的新方法，进而发展几种实用的构筑新技术。制备出3-4种有独特性能的宏观尺度纳米材料体系，包括：异质纳米单元构筑的宏观尺度纳米材料体系，磁性/非磁性纳米单元构筑的宏观尺度纳米阵列，不同维度的碳纳米单元构筑的宏观尺度碳纳米管束、碳纳米阵列、有序网络结构。———————————————

8、————————————————————————————————2、在基本科学问题上有所突破宏观尺度纳米材料体系中存在着性质不同的界面和多尺度的耦合效应，因此结构单元间的界面对体系光、电、磁性能的影响是重要的科学问题之一。通过本项目的研究将揭示不同尺度、不同材质的界面特性及其统计规律。揭示不同类型界面结构对性能的影响规律，耦合效应产生的新性能，物质和能量传输的新规律，对外场的响应特性，在服役条件下的性能变化规律及其稳定性。3、实现3-4种重要应用(1)5种宏观尺度碳纳米复合材料。(2)基于不同半