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先进功能材料和相关技术研究
项目定义
  本项目属应用基础科学,介于物质科学和技术科学之间,主要研究功能材料的制备科学和技术,信息和能源功能材料和器件技术,涉及无机化学、光学、材料物理与化学、高分子化学与物理等学科。
项目建设内容和预期达到的目标
  建成国内著名的功能材料研究和应用基地之一,保持并提高中国科学技术大学材料物理与化学学科在国内的地位,缩短我国在该领域与国际先进水平的差距。
  在功能材料的制备科学研究方面,将充分发挥溶剂热材料合成化学的已有优势和积累,建立和发展功能材料的合成新技术,包括溶剂热合成、固相震动法、超声化学法、g-射线、紫外、红外辐照和化学自组装技术等,以调控和优化材料的结构和光、电、磁、热等功能性质。
  在宽带隙半导体材料和器件研究方面,将重点研究和发展碳化硅和氧化锌外延膜材料和器件。通过科学计算和实验相结合的方式研究薄膜材料的生长热力学和动力学问题,优化生长工艺,提供器件用高质量外延薄膜;研制国防和民用工业急需的新型宽带隙半导体器件,如SiC高温高压器件和高温传感器,ZnO紫外发光二极管和光电二极管等,建立和发展器件的唯象物理模型,研究和改进器件的制造工艺,为器件的产业化提供扎实的基础。
  在功能高分子材料方面,重点研究信息高分子材料,包括聚合物功能光纤和光子晶体、液晶和光折变高分子材料等,发展基于聚合物材料的信息存储、显示、传输和处理技术,同时注意发展特种高分子工程材料和生物高分子材料。
  在功能陶瓷材料研究方面,重点研究固体结构与离子电子输运性质的关系,研究和发展高温陶瓷分离膜材料和天然气制合成气膜反应器技术,研究和发展高性能锂离子电池材料和相关技术,研究和开发高性能电子陶瓷材料和器件。
  本项目将争取在上述研究领域承担973、863、国家自然科学基金重点项目,取得一批高水平的研究成果,发表有影响的论文,申报多项国家发明专利,提供多项新材料应用技术,推进信息能源功能材料和技术的产业化。
  建成功能材料领域的高水平人才培养基地,培养出一批能承担国家重大或重要任务、在材料科学技术领域能参与国际前沿竞争的优秀年轻人才。至“十五”末,在校博士研究生50人,每年可接收国内外高级访问学者10人。
项目建设经费及基本预算
  本项目建设需经费1800万元,其中1500万元用于建立和完善功能材料的制备和表征条件。
十五”以来主要建设成绩
  整合了研究力量,形成了特种半导体、高分子功能材料和新能源材料三个研究团队;引进了两位中国科学院“百人计划”优秀青年学术带头人,其中一位通过了2004年国家杰出青年科学基金答辩;高分子和无机功能材料方向均作为负责单位获准国家自然科学基金重点项目;申建了安徽省先进功能材料重点实验室;材料科学与工程获得一级学科博士授予权;利用“211”项目经费的投入,集中建设了功能材料测试平台,明显改善功能材料的研究条件。
  主要研究成果:
  (1)在无机功能材料方面,基于致密陶瓷透氧膜的甲烷制合成气反应器的研究取得了突破性进展。陈初升教授课题组提出并验证了两段式反应器模式。这一新工艺已申请发明专利。论文于2003年发表于德国《应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed),审稿人认为该项研究“具有重要的科学和工业价值”。英国《Nature》新闻网站对此项工作作了详细评述,认为“该工艺有可能为天然气转变为关键的化学原料提供低成本的生产途径”。
  (2)在高分子功能材料方面,非线性聚合物材料的研究工作处于国内领先地位。研究结果发表在Chem. Phys. Chem.和Chem. Comm.等杂志上。利用树枝状分子的高官能度,其端基经修饰以后制备的材料具有较高的交联密度,从而大大增加了非线性光学基团空间取向的稳定性,使合成的光学材料具有较长的使用寿命和较好的热稳定性。通过对于树枝状分子大量端基的改性,可制备具有特殊性能的高分子材料,已经获准国家知识产权局3项发明专利。
  (3)在特种半导体材料和器件方面,自行研制了具有自主知识产权的超高温MOCVD系统和高温高真室退火设备,使用温度均超过1800℃。采用Cree公司生产的4H-SiC基片研制出Au/n-4H-SiC和Ni/n-4H-SiC肖特基紫外光电探测器。实验显示,SiC肖特基紫外探测器具有良好的紫外光谱响应特性。
 
 
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