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1課題組簡介

華中科技大學碳納米材料課題組是由華中科技大學材料成形與模具技術國家重點實驗室、華中科技大學材料科學與工程學院共同資助建立的。實驗室整體面積達334平方米，于2014年底正式建造完成。

課題組成員合影

課題組致力于碳納米材料的結(jié)構(gòu)設計及相應制備技術的研究與開發(fā)。結(jié)合化學氣相沉積、等離子體處理、分散、鍍膜、微結(jié)構(gòu)處理等多種技術，可將一維、二維納米材料如碳納米管、石墨烯等，作為“BuildingBlock（積木）”，通過不同的結(jié)構(gòu)搭建以優(yōu)化其三維聚集體的宏觀性能，最終獲得一系列其他傳統(tǒng)材料無法比擬的特性。最近，課題組已在黏附、傳感器、能源轉(zhuǎn)換、能源存儲、復合材料等領域展示了結(jié)構(gòu)設計在性能優(yōu)化上的重要性，并將此概念推廣至更多的應用領域。

2部分研究方向

（1）面向極端高低溫的結(jié)構(gòu)力學

與傳統(tǒng)材料相比，納米碳材料的C=C共價鍵提供了優(yōu)越的機械性能、導電性、導熱性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的獨特組合，這使它們成為在極端環(huán)境下構(gòu)建宏觀框架的理想組件。純納米碳材料主要通過CVD和自組裝技術生產(chǎn)，這些技術已經(jīng)顯示出各種獨特的極端環(huán)境性能，如寬溫度范圍內(nèi)的機械陽尼特性、高溫下優(yōu)異的比電導率和熱變形抗力。這些特性有利于在航空航天、極地探索和其他極端高溫和低溫環(huán)境中的應用。

納米碳基復合材料主要是通過材料熔融結(jié)合結(jié)構(gòu)和化學改性來制備的。通過將納米碳組件與基體材料結(jié)合起來，實現(xiàn)了耐高溫、耐高壓、耐腐蝕和耐輻射的眾多實例，展示了納米碳在復雜極端環(huán)境中的實際應用前景。課題組以碳納米管，石墨烯等碳納米材料作為基本結(jié)構(gòu)單元，通過合理的結(jié)構(gòu)設計制備具有優(yōu)異機械性能，包括粘彈性，蠕變，粘附，拉伸的宏觀碳納米材料。

（2）面向?qū)挏赜虻膬δ?/strong>

在全球變暖的挑戰(zhàn)和化石燃料的衰竭的雙重形勢下，諸如電池，超級電容器或納米發(fā)電機等電化學能量儲存以及能量轉(zhuǎn)化裝置正變得越來越重要。新材料和新結(jié)構(gòu)是這一領域進步的關鍵。與傳統(tǒng)電池和超級電容器材料相比，碳納米材料具有極佳的離子傳輸和電子導電性。它們還可以占用顆粒體積中可用的所有插層位點，從而實現(xiàn)高比容量和快速離子擴散。這些特性使基于碳納米材料的電極能夠承受高電流，為高能量和高功率儲能提供了一種有前途的鍛決方案。

碳材料具有低成本、形式多樣（粉未、纖維、氣疑膠、復合材料、層狀、管狀當易加工性，相對惰性的電化學，可控的孔隙度和活性位點的優(yōu)點。課題組致力于通過碳材料的結(jié)構(gòu)設計以提高能源儲存和轉(zhuǎn)化的性能，特別是能源材料在極端條件下的應用，例如抗沖擊能源材料及可在極端溫度下運行的能源材。

（3）面向人體健康的診療一體化器件

診療一體化是一種將疾病的診斷和治療有機結(jié)合的新型生物藥技術，診療一體化器件的快速發(fā)展，改變了傳統(tǒng)的醫(yī)療模式，由于診療一體化將診斷和治療功能整合為一體，相比于單一的模式具有明顯的優(yōu)勢。其可在患者精細化分類及個性化醫(yī)療、藥物傳遞及實施藥物反饋等方面擁有巨大的潛力。例如，測量各種與健康相關的體征，如身體運動、肌肉運動、脈博、心臟和呼吸速率、體溫、皮膚和呼吸濕度、電生理信號（如心電圖（ECG）、肌電圖（EMG）、腦電圖（EEG）、眼電圖（OG）和胃電圖（EGG）以及生化成分（如代謝物和電解質(zhì)）），并對其信息進行處理后給出綜合性治療建議。

與其他候選材料相比，先進的碳納米材料如碳納米管（CNTs），石墨（包括化石（GO）和還原化石（rGO））和其他碳材料（如石墨，炭黑和天然生物材料行生的碳材料）具有導電性好、化學和熱穩(wěn)定性高、毒性低、易于功能化等獨特優(yōu)勢，使其在診療一體化器件中具有巨大的應用潛力。

4樣品展示

5團隊負責人

徐鳴，1981年2月出生，工學博士，華中科技大學材料科學與工程學院教授，入選國家海外高層次人才青年項目（優(yōu)先支持），湖北省杰出人才計劃。主要從事碳納米宏觀有序體的制備及應用開發(fā)。2012年加入華中科技大學后創(chuàng)建“碳納米材料研發(fā)實驗室”，確立了面向?qū)嶋H應用所需，以性能為導向，以碳納米材料為載體，從材料的結(jié)構(gòu)設計和可控制備出發(fā)，開發(fā)有明確應用背景的新型有序碳基功能化材料及其復合材料，揭示其在苛刻環(huán)境中服役的關鍵科學問題，實現(xiàn)性能的顛覆性提升的研究思路。

徐鳴

在Science（2篇）、Nature Catalysis（1篇）、Nature Communications（2篇）等高水平雜志上發(fā)表SCI論文50余篇；授權(quán)專利21項（美國2項，日本1項，中國18項）；發(fā)展了可在-196~1000°C溫度范圍穩(wěn)定服役的超級橡膠，可在-196~1033°C服役的碳基粘附材料，可在海洋環(huán)境中服役的碳基高靈敏度監(jiān)測器及可在-60~-100°C服役的高性能碳基能量器件等系列原創(chuàng)成果：其中，-196~1000°C溫度范圍穩(wěn)定服役的超級橡膠將現(xiàn)有橡膠材料的使用溫度拓寬了上千度，獲2011年第七屆“飯島賞”，是該獎項最年輕的獲得者；所研發(fā)的“自供電式波浪監(jiān)測及海嘯碩敏裝置”將水下壓力探測精度提升一個數(shù)量級，獲2019年日內(nèi)瓦國際發(fā)明展最高獎項-評審團特別嘉許金獎。赴國際會議作邀請報告10余次。

主持國家自然項目3項，地區(qū)項目5項：自主開發(fā)“催化劑活化-碳管生長分離”技術，攻克宏量制備中因亂流嚴重、溫度不均而導致的碳管結(jié)構(gòu)不可控等難題，實現(xiàn)同批次碳管生產(chǎn)力3個數(shù)量級的提升，獲批“超純陣列式碳管可控生長及產(chǎn)業(yè)化團隊”并任團隊負責人（2017孔雀團隊）。以首席主辦者身份成功由辦了美國材料學會（MRS）碳材料分會（2015年12月，2022年5月）：第二屆先進功能材料大會（2018年11月）：第十一屆亞洲納米材料國際會議（2021）。

參考來源：華中科技大學碳納米材料課題組

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/昧光）

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