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先端材料基因组创新团队

来源:|发布时间:2020-06-29 19:38:45

XIANDUANCAILIAOJIYINZU(AMG)CHUANGXINZHONGXINZHUYAOCONGSHIXINNENGYUANCAILIAO、SHENGWUCAILIAODENGXIANDUANCAILIAODEZHIBEIHEYINGYONGYANJIU。


1. 研究方向简介
     目前设立能源材料、生物材料及柔性微电子器件三个研究方向,拥有高品碳复合材料创新中心、新能源材料创新中心以及国家超算先端材料创制中心。
     能源材料研究组主要从事锂离子电池、金属空气电池以及锂硫电池等先进储能器件的设计、制备工作,致力于为电动汽车、混合动力汽车提供高安全性、长寿命的绿色动力。
     生物材料研究组致力于研究先进的生物界面材料,并遵循新型智能材料及器件的设计思路和构筑方法,探索在生物传感器、药物载体、抗癌药物靶向剂等方面的应用。
     柔性微电子器件研究组主要从事柔性材料及器件、高性能碳材料的集成等领域的研究和应用开发,致力于为照明、传感、显示、新能源、航空航天等高精尖领域提供高效可持续的柔性微电子材料。并配合以上两个研究组开展基础材料和器件的研发、制备工作。


2. 承担的主要研究任务
(1)智能孔道能源转换材料
     采用超级组装、界面驱动、功能掺杂等技术方法,构建高性能多尺度孔道界面,并深入研究组装驱动力对界面构筑的影响,实现微/纳米孔道材料的结构中的能源转换性能以及材料的集成性及智能响应性。
(2)高比能清洁金属离子电池材料及储能设备
     致力于研究具有高比容量、高安全性的新型电池材料。主要电池类型有锂离子电池、铝离子电池、钠离子电池等。通过对电极材料的改性、纳米化、包覆以及合化等提高金属离子电池的电化学性能,为电动汽车、混合动力汽车提供动力支撑。
(3)高效率薄膜太阳能电池材料
     致力于薄膜太阳能电池的新型结构设计和新的制备方法研究。包括利用简单、绿色和低成本的电共沉积四元Cu-Zn-Sn-S前驱体薄膜后快速硫化工艺制备功能薄膜,实现高效能量转化。
(4)基于新型纳米结构超级电容器材料
     针对目前超级电容器材料存在导电性能差、局部分散不均匀、与电解液接触面性能不稳定等纳米材料领域常见的问题,以提高材料电导率和构建多孔结构提高比表面为出发点,进行电极材料的设计、合成与性能研究。
(5)生物识别、传感及成像材料
     构筑基于手性组分的柔性界面材料,利用手性组分与生物材料之间的识别作用,研究界面诱导的生物识别现象;通过响应性、荧光等功能基团对介孔材料进行功能化,所得界面材料可望实现在生物传感器、细胞成像以及细胞内的离子检测等方面的功能应用。
(6)纳米药物载体材料制备及响应释放性质
     构建基于多糖的具有多重响应性的柔性生物界面材料。利用聚合物与基底、生物分子的相互作用,通过外界条件刺激引起药物或细胞的释放,实现材料的载药、控释以及传感等应用。
(7)生物医用材料
     在多孔材料的基础上,结合刺激响应性可以开展用于肿瘤早期诊断与治疗的新型纳米多级靶向控释系统的基础研究。基于刺激响应性开发能够应用于修复或替代组织和器官的生物智能界面材料。
目前团队承担国家重点研发计划1项,军委科技委基础加强计划(原军工973计划)1项,山东省重大创新工程1项,山东省自然科学基金7项,山东省科学院重大专项1项,先导专项1项,产学研协同发展基金1项。


3. 取得的主要研究成果
3.1 新型高比能锂空气电池正极材料的构筑和电化学机制研究
(1)利用超组装方法制备有碳纳米材料负载贵金属作为锂空气电池正极材料
(2)利用原位电化学质谱装置探索锂空气电池作用机理
3.2 基于有序介孔碳及其纳米复合材料的高效双功能电催化剂的合成
(1)软-硬模板联用界面组装有序多孔碳纳米碗
(2)溶液诱导异质界面自组装有序介孔富氮碳纳米碗
3.3 聚膦腈微球的合成及应用
(1)聚膦腈微球的合成与点击功能化
(2)介孔聚膦腈微球的合成用于药物载体
3.4 具有聚集诱导发光(AIE)特性的氧化物发光材料


4. 研究队伍及代表专家介绍
     先端材料基因组(AMG)创新团队依托山东省科学院新材料研究所、国家超级计算(济南)中心,运用材料基因组思维,主要从事材料科学基础和应用研究,研究领域涵盖材料的制备与加工、材料的结构表征、材料理论与计算模拟、材料的性能评价与使役行为等。设立能源材料、生物材料以及柔性微电子器件三个研究组。能源材料研究组主要从事锂离子电池、金属空气电池以及锂硫电池等先进储能器件的设计、制备工作,致力于为电动汽车、混合动力汽车提供高安全性、长寿命的绿色动力。生物材料研究组致力于研究先进的生物界面材料,并遵循新型智能材料及器件的设计思路和构筑方法,探索在生物传感器、药物载体、抗癌药物靶向剂等方面的应用。柔性微电子器件研究组主要从事柔性材料及器件、高性能碳材料的集成等领域的研究和应用开发,致力于为照明、传感、显示、新能源、航空航天等高精尖领域提供高效可持续的柔性微电子材料。并配合以上两个研究组开展基础材料和器件的研发、制备工作。
     团队现拥有科研骨干余40人,博士以上学历占比达74%,其中绝大多数来自中国科学院大学、浙江大学等全国乃至世界知名高校,部分具有在世界知名高校访问学者或博士后经历。


5. 重要理论成果介绍
     (1)利用超组装方法制备由碳纳米材料负载贵金属作为锂空气电池正极材料
     本工作针对目前锂空气电池正极贵金属催化剂催化活性低、贵金属用量大的问题,利用超组装方法制备新型高稳定性的有序介孔碳骨架负载贵金属材料。采用一系列含贵金属中心的多苯基金属分子作为单一反应源,利用苯环平面的π-π组装作用,在封闭的真空石英管中通过温控程序将多苯基分子在管壁原位分解、沉积,形成金属或合金纳米点均匀分散于石墨化碳骨架中的贵金属-碳纳米骨架复合膜。

 

 

TU1.GUIJINSHU-TANNAMIGUJIACAILIAODEZHIBEISHIYITU

(2)JULINJINGWEIQIUDEHECHENGYUDIANJIGONGNENGHUA

BENGONGZUOXUANYONGHCCP、BPSHEDABPSSANZUFENJINXINGGONGJIAOLIAN,ZHIBEISHUANGJIANJULINJINGWEIQIU,BINGYONGYUHOUQIDEQIUXIDIANJIHUAXUEGAIXING。TONGGUOHCCPTONGBPS、DABPSZAICHAOSHENGTIAOJIANXIASUOJUJIAOLIAN。RONGJIXUANYONGQIANGJIXINGDEACN,SANYIAN(TEA)ZUOWEIFANYINGDECUIHUAJIHEFUSUANJI,JIARUTEAHOUFANYINGYEYANSELIJICHENGXIANRUBAISE,SHUOMINGJIAOLIANFANYINGDEKUAISUJINXING,ZAICHAOSHENGTIAOJIANXIASUOJUFANYINGZHUBUJINXING,LIXINDEDAOFENMOZHUANGJULINJINGWEIQIU。

 

 

TU2.JULINJINGWEIQIUDE13C NMRGUANGPU

 

(3)溶剂挥发诱导自组装介孔氧化铟的合成
       开发能够应用于无创便捷监测、诊断糖尿病的便携气敏探测材料及器件。以此为方向展开对介孔及纳米半导体氧化物厚膜及薄膜材料的制备,性质以及应用进行了调研。制备具有高比表面积的特殊形貌的气体传感材料,对材料表面进行修饰与多级组装用于制备出高灵敏度、快速响应恢复时间的识别呼出气体标志物,构建生物气体传感检测平台,用于糖尿病症及其他一些病症的早期诊断与治疗。

 

TU3. RONGJIHUIFAYOUDAOZIZUZHUANGJIEKONGYANGHUAYINDEHECHENGSHIYITU

 

(4)一维介孔氧化物气敏材料的制备及其表面修饰
       采用静电纺丝技术制备具有介孔结构的一维气敏材料。利用贵金属元素对具有特定结构的金属氧化物进行表面修饰,以

TIGAOCAILIAOXINGNENG。

TU4.JINGDIANFANGSIJISHUZHIBEIYIWEIJIEKONGJIEGOUYANGHUAWUCAILIAOSHIYITU

 

    (5)静电纺三维纳米纤维骨组织工程支架的制备
      制备具有三维结构的纳米纤维骨组织工程支架,实现对支架的三维构建和不同孔隙率的制备。通过引入金纳米颗粒、银纳米纤维、锌离子以及生长因子等具有刺激骨生成和抑制破骨细胞等作用的金属离子或化合物,使静电纺骨组织工程支架具有成骨功能化。

 

      

图5.  静电纺三维多孔支架的SEM图
(a) 3D 结构限制模式图 (b) FET 表界面修饰诱导神经细胞定向生长模式图

 

      (6)SHUININGJIAOYAOWUZAITIDEZHIBEIJIQIDUOZHONGCIJIXIANGYINGKONGZHISHIFANGYANJIU

       XINXINGYAOWUZAITIDEYANFADUIYAOWUYINGYONGJUYOUZHONGYAOZUOYONG,RUHESHIXIANYAOWUDEYOUXIAOFUZAI、BAXIANGZAIYUNHEKEKONGSHIFANGYICHENGWEIYANJIUREDIAN。ZHENDUIYAOWUHUANSHITIXICUNZAIDELIXUEXINGNENGJIAOCHA、CIJIXIANGYINGBULINGMIN、CIJIXIANGYINGTIXIDANYIDENGWENTI,CAIYONGJUYOULIANGHAOSHENGWUXIANGRONGXINGDETIANRANGAOFENZICAILIAODUOTANGSHUININGJIAOWEIJITI,JIANLIBUTONGYINGDAXIADEYAOWUSHIFANGMOXING,KETONGSHISHIXIANDUOZHONGZHILIAOFANGFADELIANHEZHILIAO,JIANLIYIZHONGJUYOUFANKUIJIZHIDEZHINENGYAOWUSHIFANGTIXI。

TU6.  SHUININGJIAOYAOWUZAITIZHIBEISHIYITU

 

(7)共载bFGF和BMP-2的序贯控释体系的构建

TONGGUOGOUJIANQIAO-XINXIANWEIFAHUIQIMUJIGANXIBAOQIANYIDAOCHUANGSHANGBUWEI,CUJINGANXIBAOZENGZHIJIGANXINGWEICHI、CUJINZAOQIXUEGUANXINGCHENGHESHENJINGZAISHENGDEXIAOYING;GAITIXISUIZHEXINCENGBAOLUKAISHISHIFANGBMP-2,FAHUICUJINGANXIBAODINGXIANGCHENGYAGUZHI/CHENGGUFENHUADEZUOYONG,CUJINYAGUZHIHEYACAOGUDEZAISHENG,CONGERDADAODUIYAZHOUZUZHIZAISHENGDEXIETONGCUJINXIAOYING。

TU7. DIANFANGQIAO-XINXIANWEIJIXUGUANKONGSHISHIYITU

 

(8)静电纺丝方法制备高性能的锂离子电池负极材料
通过溶剂挥发诱导自组装和静电纺丝的方法制备有序碳纤维,灌注熔融锂金属,得到具有优异机械性能的锂金属/碳复合材料,拥有高效的电池性能。

TU8. JINGDIANFANGSIFANGFASHIYITU

 

(9)超组装方法制备有序介孔碳负载过渡金属/氧化物用于锂离子电池研究

CAIYONGYIXILIEHANJINSHUZHONGXINDEDUOBENJIJINSHUFENZIZUOWEIDANYIFANYINGYUAN,LIYONGBENHUANPINGMIANDEπ-πZUZHUANGZUOYONG,ZAIFENGBIDEZHENKONGSHIYINGGUANZHONGTONGGUOWENKONGCHENGXUJIANGDUOBENJIFENZIZAIGUANBIYUANWEIFENJIE、CHENJI,XINGCHENGJINSHUHUOHEJINNAMIDIANJUNYUNFENSANYUSHIMOHUATANGUJIAZHONGDEYOUXUTANFUZAIGUODUJINSHU/YANGHUAWUFUHEMO。GAIFUHEMOKEYONGLAIDIANHUAXUECHENJIJINSHULIHUOZHEGUANZHURONGRONGLI,TANSUOJINSHULIFUJIDEDIANCHIXINGNENG。

TU9. YOUXUTANFUZAIGUODUJINSHU/YANGHUAWUZHIBEI

 

(10)局部场效应晶体管纳米阵列电极-神经界面的构建及其在亚细胞水平脑电信号实时精准探测中的应用研究
利用记录电极实现脑电信号的特异性实时探测,是神经科学及人工智能领域亟待解决的关键问题。通过创新FET纳米阵列构型并进行表面修饰,提高其在离体神经细胞电活动记录的质量和效率,并且结合抗体修饰技术,实现神经递质种类特异性的检测。另外,将构建出的纳米阵列电极在脑立体定位技术的辅助下,植入大鼠的目标脑区,提升FET阵列电极用于神经在体记录的空间准确性以及神经元种类特异性。

图10.  FET 纳米阵列创新构型模式图


Advanced Materials Genome Innovation Team
The Advanced Materials Genome Innovation Team is primarily engaged in the scientific understanding and application of functional materials by using the materials genome approach. Currently, the Innovation Team designs energy materials, biomaterials, and flexible microelectronic devices, and also performs the integration and demonstration innovation centers of high quality carbon-based composites, advanced energy materials, and eco-materials. The main work of the energy materials group is the design and assembly of Li-ion batteries, metal air batteries, Li-S batteries and related advanced energy storage devices, focusing on providing high-safety and long-life green power for electric and hybrid vehicles. The biomaterials group is dedicated to the research of biological interface materials, and concentrates on the design and method of construction of new smart materials and devices to explore the applications of biosensors, medical carriers, and targeted cancer drugs. The flexible microelectronic device group is mainly taking charge of the research and application of flexible materials and devices and the integration of high quality carbon-based materials, focusing on providing highly efficient and sustainable soft microelectronic materials for lighting, sensing, display, new energy and aerospace science.
 

 

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