碳/硅纳米材料与器件

碳/硅纳米材料与器件


当材料的尺度缩小到纳米范围时,其部分物理、化学性质将发生显著变化,并呈现出由高表面积或量子效应引起的一系列独特性能。目前,随着纳米材料与器件研究不断发展,它们在多个领域的应用,如能源的高效存储与应用、纳米电子器件、纳米光子器件、化学及生物传感器、化学催化剂等呈现出诱人的前景。

具体来说将在以下几个方面展开研究:

1. 纳米半导体材料的可控合成,开发具有特定性能的纳米结构和纳米材料

硅纳米线阵列、碳纳米管阵列、硅量子点、碳量子点、石墨烯、有机/无机纳米杂化材料、异质结材料,以及具有非线性光学、磁性、湿敏、温敏、气敏等功能性纳米材料的可控合成。

2. 纳米传感器的研究

通过对纳米材料的表面修饰、纳米结构的有序组装,再利用纳米材料与分析物的之间的特异性作用,基于光、电、磁、声、力以及它们的组合,对待测物质进行检测和跟踪,在食品检测、工业安全、环境监控、医疗卫生和公共安全等方面具有独特的应用前景。

3. 纳米催化剂的研究

纳米催化剂具有大比表面积、高表面能、高度的光学非线性、特异催化性和光催化性等特性,在一些反应中表现出了大大高于传统催化剂的优良催化性能,有望作为新型的催化材料广泛应用于化学工业、环境保护等领域。我们将致力于纳米催化材料的研究,通过发展高效的合成手段,构筑表界面性能可控的多功能复合纳米材料,实现低成本、大规模制备具有高活性、高选择性和高稳定性的纳米催化剂,并积极探索其在工业生产中的应用。

4. 纳米储能材料的研究

纳米材料具有微小的尺寸和巨大的比表面积,这些特性能够有效提高在其表面发生的电化学反应速率。我们通过对新型有机、无机和杂化功能纳米材料的设计和合成,考察它们在超级电容器、锂离子电池、钠离子电池和金属-空气电池中的潜在应用,致力于发展大能量和功率密度、长循环寿命、安全低廉的能量存储体系。

5. 新型纳米光电、光伏器件的研究

纳米材料的发展为小型化、多功能、高性能以及低能耗的纳米器件提供了材料基础。基于低维纳米结构的纳米光电器件,其集成度可以突破传统器件的限制。不同功能的纳米光/电及电/光器件集成还可以促进光电集成的发展,为新型、柔性、超薄、高集成度的光电器件提供了可能;另一方面,通过将碳、硅纳米材料,如量子点、纳米线,以及石墨烯应用于光伏器件,利用纳米材料的宽光谱吸光以及高效光电转换,有望极大提高光伏器件效率,并降低器件成本。我们将充分利用在碳、硅纳米材料方面的优势,致力于开发高性能的纳米发光、光电探测、光伏器件,促进纳米材料在信息、能源等关键领域的应用。

6. 功能有机纳米材料

以一系列功能性的有机小分子为研究对象,探索其微纳晶体的可控制备与表征,及其在光学、电学、催化、传感等方面的应用。并以微纳晶体为组装基元,研究其阵列与图案化自组装及其在光电子集成器件方面的应用。此外,拓展功能化的染料/药物纳米晶在生物医学成像与癌症治疗方面的应用。

7. 纳米制造科学、微纳加工技术

纳米制造科学和微纳加工技术是支撑纳米科技走向应用的基础。它探索由宏观进入微观时,能量、运动与物质结构和性能间的作用机理与转换规律,建立纳米制造理论基础及工艺与装备原理,探索基于物理/化学/生物等原理的纳米制造新方法与新工艺,揭示纳米尺度制造过程中结构与器件的性能演变规律。

8. 同步辐射技术及其在纳米材料研究中的应用

同步辐射具有光谱宽而连续、强度高、偏振性好、准直性强等优点,是基础研究和应用开发的有力工具。它可用于研究纳米材料的结构、电子状态、表面和界面,以及纳米材料应用过程的原位、机理研究,也可用于纳米制造和加工。



责任编辑:向丹婷


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