材料基因與大數據技術

2011年6月美國總統奧巴馬宣布啟動材料基因組計劃(MGI),將材料計算設計、數據處理以及綜合的工業化過程列為政府重點投資的方向,預期通過集成材料計算與計算機技術,將現有的材料研發周期20~30年縮短到2~3年。十三五期間,我國啟動了針對材料基因組的多項國家重大專項計劃。團隊研究的主要方向是匯聚材料、計算機、化學、機械等相關學科交叉,從理論上結合材料多尺度模擬和高通量計算,將機器學習及大數據技術用于催化材料的理性設計,加速催化材料的研發。

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? ? 高性能計算平臺 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?多尺度模擬 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 高通量計算 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?材料基因計劃

 

柔性光電子器件與裝備

柔性光電子器件是一種可穿戴,可彎折的便攜式器件,是未來顯示/檢測/傳感等技術前沿發展方向,其中普遍使用的有機(OLED)和量子點(QLED)器件核心發光單元均為水氧敏感性材料,其長期使用穩定性是實際應用關鍵問題。本團隊通過引入ALD方法在納米尺度對顯示器件進行封裝,調控表面缺陷態,構造多層水氧滲透路徑提升器件的穩定性,在高效封裝方面團隊基于空間隔離原子層沉積技術(SALD),通過多組成模塊設計和薄膜制備工藝研究,相繼開發出適應于不同柔性基底高效封裝的SALD裝備,應用于OLED,QLED器件的表面改性與長期使用穩定性的提升。

ALD設備設計獲日內瓦國際發明金獎 ?柔性電子器件與顯示 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??量子點發光與探測器件

 

能源材料與環境催化材料

催化反應總是發生在材料表界面,因此其催化活性依賴于材料的表界面結構。原子層沉積(ALD)是一種基于氣相化學反應的先進薄膜制備技術,可實現薄膜厚度亞納米級的精確可控,并且能保證在高比表面積、復雜基底上均勻沉積。本團隊發展了選擇性ALD方法,結合分子自組裝技術成功制備出貴金屬核殼納米結構、金屬氧化物異質結構、金屬-氧化物選擇性包覆結構,在提高催化劑活性的同時顯著提高其熱穩定性,成功應用于汽車尾氣催化。團隊將進一步拓展該方法至綠色能源催化領域,包括光催化制氫、甲烷二氧化碳重整、CO2還原制備液體燃料等催化劑的的設計與合成。

汽車尾氣NO催化 (Science 2012) CO催化氧化 (Angew. Chem. Int. Ed. 2017) 光催化制氫 (ACS Appl. Mater. Inter. 2015)

 

面向生物醫療的3D打印技術

生物制造是醫學研究的前沿領域,其中骨損傷修復一直是當今醫學基礎研究與臨床治療的重點。其中制造人工骨是骨損傷修復的重要子領域,它是涉及多學科、多技術的交叉領域,其中最為核心的是高端材料的研發和先進制造技術。本團隊從人工骨材料性能需求及特殊的制造工藝要求出發,旨在利用增材制造技術(3D打印成型)對高性能工程塑料聚醚醚酮(PEEK)進行快速成型相關方面研究。為了解改善現階段人工骨骼成型的個性化定制難加工,加工成本高及材料生物兼容性問題。

?自主設計PEEK 3D打印機 ? ? ? ? ? ? ? 骨損傷修復 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 3D打印制造的peek樣件

 

 

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