【原创】谁是中国碳纳米管顶流?


来源:中国粉体网   苏简

[导读]  解思深院士、范守善院士、彭练矛院士、张锦院士、成会明院士、魏飞教授

中国粉体网讯  作为前沿纳米材料,碳纳米管在我国新能源、电子信息、航空航天领域得到大量落地应用,覆盖折叠屏手机柔性基板、新能源汽车轻量化结构件、高性能锂电池电极、航天器隔热涂层等场景。当前国内碳纳米管产业规模已突破千亿元,我国在碳纳米管可控制备、下游应用研发等方面走在世界前列。而这份辉煌成就的背后,离不开一位位杰出科学家的默默耕耘与不懈探索,共同撑起我国碳纳米管研究与产业化的版图。


图片来源:道氏技术


解思深院士


图片来源:国家纳米科学中心


解思深(1942.2.18—2022.11.2),中国科学院院士、著名物理学家、中国科学院物理研究所研究员。在高温氧化物超导体的合成、相关系和晶体结构测定上做出开拓性的工作;长期从事碳纳米管等低维纳米材料的制备、结构和物理性质研究工作,发明了可控制备多壁碳纳米管的定向生长方法,先后制备出超长碳纳米管阵列、最细碳纳米管和双壁碳纳米管,揭示碳纳米管生长机理,并系统研究了碳纳米管的力学、热学、光学和输运性能,取得了一系列世界领先的研究成果,为推动纳米科技领域创新发展和国内外合作交流作出了重要贡献。


解思深曾担任我国首个纳米科技相关的“973”计划首席科学家,并最早参与制订国家纳米科学计划。他担任国家自然科学基金委员会数理学部主任时,参与国家自然科学基金交叉学科中纳米科学的规划,设计了国家重大研究计划——纳米研究项目指南,引领了中国纳米科学发展方向。


上世纪90年代,解思深带领课题组在简陋的实验条件下,生长出世界最长碳纳米管,并先后在《科学》《自然》发表3篇文章,将我国合成碳纳米管研究推至世界前沿,开创了中国进入碳纳米管领域国际舞台的新局面。


中国科学院院士、国家纳米科学中心主任唐智勇评价解思深院士:“不管从个人在纳米领域取得的成就、对中国纳米科学事业的推动,还是对国家纳米科学中心的发展来说,解老师都功不可没。”


范守善院士


图片来源:清华大学


范守善,材料物理和化学专家,中国科学院院士,第三世界科学院院士,清华大学物理系教授、博士生导师,现任清华大学学术委员会副主任、凝聚态物理研究所所长,清华-富士康纳米科技研究中心主任。


范守善院士长期从事新型功能材料的制备与物性研究,近十余年的研究方向集中在纳米尺度材料的科学与技术,主要研究方向为碳纳米管的生长机理、可控制合成与应用探索。在深入揭示和理解碳纳米管生长机理的基础上,实现了超顺排碳纳米管阵列、薄膜和线材的可控制与规模化制备,研究并发现了碳纳米管材料独特的物理化学性质,基于这些性质发展出了碳纳米管发光和显示器件、透明柔性碳纳米管薄膜扬声器、碳纳米管薄膜触摸屏等多种纳米产品,部分应用产品已具有产业化前景,实现了从源头创新到产业化的转换。


范守善院士团队已发表SCI论文100余篇,部分研究结果发表在《科学》和《自然》等国际权威学术期刊上。部分研究成果曾被列入中国十大科技新闻、科技部十项基础研究成果和中国高等学校十大科技进展。


彭练矛院士


图片来源:北京大学


彭练矛,北京大学电子学院教授、院长,北京元芯碳基集成电路研究院院长,北京邮电大学集成电路学院院长,中国科学院院士,英国皇家艺术、制造与商业学会终身院士。主要从事电子显微学和碳基纳米电子学研究。


彭练矛院士带领团队扎根碳基纳米电子学领域,摒弃传统制备思路,创新发展出一整套碳纳米管CMOS集成电路和光电器件的无掺杂制备新技术,首次实现5纳米栅长碳管晶体管,证明该器件在本征性能和功耗综合指标上,相较最先进的硅基器件具有约10倍的优势,性能逼近量子测不准原理决定的理论极限,彻底打破了硅基材料的性能瓶颈。此后,他团队持续深化研究,制备出新型超低功耗狄拉克源晶体管,为超低功耗纳米电子学的发展奠定坚实基础,大幅推进碳基集成电路的竞争力和实用化进程。


作为学科奠基人,彭练矛院士开创了我国碳基纳米电子学研究的新方向,构建起完整的碳基纳米电子材料与器件研究体系,四次担任国家“973计划”、重大科学研究计划和重点研发计划项目首席科学家,引领我国在该领域实现从跟跑到领跑的跨越。他深入探索碳基纳米材料的电学特性,揭示了碳纳米管的传输机制与调控规律,提出的碳基器件设计理念,推动纳米技术与电子科学、人工智能深度融合,为高性能芯片、光电器件、量子计算等领域提供了全新技术路径,破解了我国半导体产业“卡脖子”的底层材料难题。


张锦院士


图片来源:北京大学


张锦,中国科学院院士,北京大学博雅讲席教授,教育部长江学者特聘教授,北京大学党委常委、常务副校长,兼任深圳研究生院院长。


张锦院士长期聚焦单壁碳纳米管的生长机理、结构可控生长与谱学表征研究。碳纳米管的手性混杂是制约碳基电子器件落地的世界性难题,他从催化剂设计入手,揭示催化剂与碳纳米管之间晶格对称性匹配的生长规律,发展克隆生长、“特洛伊缓释催化剂”等原创方法,实现单一手性、高纯度半导体型碳纳米管水平阵列的定向制备,相关指标超越IBM早期碳纳米管晶体管路线图预期目标。同时,他系统建立纳米碳材料拉曼光谱表征体系,成为业内识别碳纳米管结构的通用手段,有力推动我国纳米碳材料基础研究发展。成果获2017年度国家自然科学奖二等奖(第一完成人),在《自然》《自然・材料》等国际顶级期刊发表多篇论文。


成会明院士


图片来源:深圳理工大学


成会明,中国科学院深圳先进技术研究院首席科学家、碳中和技术研究所所长。2013年当选为中国科学院院士,2014年当选为发展中国家科学院院士。主要从事碳纳米管、石墨烯与其他二维材料、新型能源材料的制备、性能及应用等研究。先后发表论文1000余篇,获专利300余项,是材料科学、化学、环境与生态学三个领域的国际高被引科学家。先后获国家自然科学二等奖4项、国防科技进步二等奖、何梁何利科学与技术进步奖、美国碳学会奖等。曾担任1项科技部基础研究计划(973)项目和2项国家纳米重大研究计划项目的首席科学家,连续三届主持国家自然科学基金委创新研究群体项目并主持基础科学中心项目。


成会明团队提出了浮动催化剂化学气相沉积、非金属催化剂化学气相沉积等全新制备方法,有效解决了碳纳米管制备过程中的关键技术难题,极大地促进了碳纳米管的研究与应用进程。


传统方法制备的碳纳米管像一团乱麻,而成会明团队制备的碳纳米管则像整齐列队的士兵,具有可控的管径、完美的结构和优异的性能。更重要的是,这些方法大大降低了生产成本,使碳纳米管从实验室走向产业化成为可能。这一系列突破性成果,让中国在碳纳米管研究领域迅速占据了一席之地。


2006年,他主持的“单壁和双壁碳纳米管的制备和研究”项目荣获国家自然科学二等奖。目前,相关技术已应用于锂离子电池、透明导电薄膜、薄膜晶体管等领域,催生出多家高科技企业。


魏飞教授


图片来源:清华大学


魏飞,清华大学化学工程系教授,系学术委员会主任,绿色反应工程与工艺北京市重点实验室主任。中国颗粒学会常务理事,能源颗粒专业委员会主任。入选2025年中国科学院院士增选有效候选人名单。长期从事流态化、多相反应工程及碳纳米管结构控制与批量生产技术研究,主持设计30余台多相反应器投入商业运行,成功实现了千吨级碳纳米管在锂离子电池中的规模应用,并制定了多项国家标准。其研究成果获国家科技进步二等奖(2002年、2008年)、教育部自然科学一等奖(2015年)、技术发明一等奖(2012年)等多项国家级荣誉。


2013年,魏飞教授团队成功研制出单根长达半米的碳纳米管,创造了世界纪录。此外,魏飞教授团队首次发现了宏观长度碳纳米管管层间的超润滑现象,并实现了单根碳纳米管宏观尺度下的光学可视化及可控操纵。


魏飞教授团队以流态化中的流动与传递调控为核心,从“多相传递→新型流化设备→工艺”三个层面开展系统研究,在国际上首次实现碳纳米管作为锂电池正极材料导电添加剂的规模应用。在碳纳米管领域,魏飞教授提出了“纳米聚团流态化”概念,创制了纳米聚团流化床,解决了碳纳米管批量制备的工程化难题。其团队利用流化床技术制备的阵列碳纳米管,已批量应用于商用锂离子电池,形成万吨级碳纳米管锂离子电池导电浆料产业化技术。


信息来源:

在寒酸的实验条件下,他将我国纳米科技推至世界前沿.中国科学报

中国科学院院士范守善——中国纳米科技领军人.中工国杰院士陕西工作站

碳基启芯途:彭练矛——纳米电子材料领域的破壁者.中科纳米产业集团

张锦:“把纳米碳材料研究做到极致是我的使命”.北京大学

纳米科技领域风云人物成会明:以碳为媒筑就强国之基.中科纳米产业集团

碳纳米管技术领军人物——清华大学魏飞教授.粉体人

清华大学、北京大学、深圳理工大学官网等


(中国粉体网编辑整理/苏简)

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