一、概況:

人類社會的持續發展正面臨著信息、能源、環境和健康方面的重大挑戰。未來城市將承載越來越多的人口,低效率、高能耗、老齡化等“城市病”日益嚴峻。利用智能材料與功能實現對海量信息的高速處理、實現清潔高效的能源管理、實現精准的生命健康管理,建設智慧型、節能型的智能生態社會、實現可持續發展,已成爲人類社會發展不可逆轉的曆史潮流。

智能材料是信息技術、清潔能源技術與生物技術在物質層面的承載,是多種材料“元素”爲實現複雜功能而在不同尺度上“有機”裝配而成的微結構材料。智能材料可感知聲、光、電、磁、熱等多種物理場,並能夠耦合和調控外場,在空域、時域和多維度上實現物質、能量與信息的交換、存儲和傳輸,具備信息識別與處理能力,可實現自適應、自反饋,自修複等功能,同時對環境友好,並與生物兼容。智能材料依托功能結構化和結構功能化的微結構材料新概念,依靠先進材料與制造技術,面向現代化的高速信息、高效能源與個性化、智能化醫療的重大需求,具有天然的跨學科特性。不僅科學意義重大,同時具有廣泛的經濟與社會效益。另一方面,由于其天然的跨學科特性,傳統的學科劃分和由繁化簡的知識體系,不足以解決信息、能源和健康問題涉及的多尺度、多維度、多自由度相互作用的複雜體系。從學科深度交叉融合尋找突破口,加深對智能材料的理解、創造新知識,發展智能新材料和新功能,開發新型裝備和軟件平台,加速智能材料與功能的研究和開發進程,是必由之路。

目前正是我國經濟結構轉型升級的重要時期。建設以高效節能和環境友好爲要求、以知識和人才爲依托、以知識創新爲驅動力的創新型經濟,是經濟社會持續發展的必要條件。拟建设的57彩票,以材料的功能结构化和结构功能化相互依存为宗旨,以材料、光学、能源、生物医学多学科交叉融合为特色,以制备新型微结构智能材料、探索智能响应机理和发展智能功能为核心,为人类社会的可持续发展提供智能化的新材料、新技术和系统解决方案,建成以智能材料前沿科学研究为核心的研究中心,使之成为高新技术的孵化器、高端人才的培养基地。

二、科研方向、特色和主要任務:

57彩票以材料、信息、能源和生命多学科交叉融合为特色,面向信息、能源和生命健康方面的重大挑战,创造新知识、培养领军人才、寻求系统解决方案。一方面,面向国家需求,积极承担重大科研任务;另一方面,积极推动成果轉化,服务社会经济。

實驗室主要科研方向如下:

1.面向信息應用的智能材料與功能

1)電、磁、聲、力超構材料與功能

2)光電異質結構和信息器件

3)類腦器件與類腦計算

2.面向能源應用的智能材料與功能

1)高效蓄電池功能與超級電容器

2)高熱電優值材料與廢熱利用

3.面向生命健康的智能材料與功能

1)用于疾病診斷和病竈跟蹤的檢測制劑及支持功能

2)智能藥物輸送系統

3)生物活性材料與智能組織工程

4.材料精細合成與精准制造

1)材料精細合成與制備

2)納米壓印技術與功能集成

3)高精度材料組裝與打印

三、主要學術帶頭人基本情況

學術帶頭人基本情況:

專業技術職務

专 业

祝世甯

教授

凝聚態物理

陳延峰

教授

材料物理與化學

陸延青

教授

凝聚態物理

吳迪

教授

凝聚態物理

四、設備情況:

目前實驗室已具備脈沖激光沈積系統(PLD)、分子束外延系統(MBE)、離子束沈積鍍膜儀(IBSe)等生長設備;納米壓印機、光刻機、等離子刻蝕機(ICP)、脈沖激光器、3D打印機等加工設備;以及綜合物性測量系統(PPMS),磁學測量系統(SQUID),場發射掃描電子顯微鏡(SEM),原子力顯微鏡(AFM)、反射高能電子衍射儀(RHEED)、光電子能譜儀、X射線衍射儀、同步熱分析儀、微波近場顯微鏡、激光超聲光學集成測試系統、HORIBA iHR320成像光譜儀、時間相關單光子計數系統等分析測試表征設備。

五、機構中長期發展規劃和預期目標(5-10年):

期目

57彩票面向信息、能源和健康方面的重大挑战,创造新知识、培养领军人才、寻求解决方案,促进高效节能、环境友好的、以知识和人才为依托的、以创新为驱动力的创新型经济,争取建设成为江苏省或教育部重点实验室。

信息、能源和健康问题,均涉及多尺度、多维度、多自由度相互作用的复杂体系。传统的學科劃分和由繁化簡的知識體系,不足以解決如此复杂的问题。从学科深度交叉融合寻找突破口,加深对智能材料的理解、创造新知识,发展智能新材料和新功能,开发新型装备和软件平台,加速智能材料与功能的研究和开发进程。

彙聚智能材料領域的世界級專家學者,爲信息、能源和健康等社會可持續發展的重大課題提供深層次的戰略咨詢和規劃,“雙力驅動”引导人才培養,为智能材料科研人员提供先进的仪器设备和尖端的实验技能培训,使之成为智能材料与功能集成领域的学术带头人和相关行业的领导者,促进创新型经济和社会可持续发展。

在智能材料可控制備、器件設計與功能集成方面取得重大突破,掌握控制複雜智能材料、結構與系統集體響應、協同工作的原理,實現突破傳統材料性能局限的、人工設計的智能響應新材料,爲信息高密度存儲和高速處理、能量高效轉化和存儲、人類健康和疾病診斷治療提供材料基礎和整體解決方案,推動新一代産業技術革命。

科學研究規劃:

發展電磁超構材料技術,調控電磁波的頻率、振幅、位相和糾纏等基本物理量,實現電磁超構材料在微波精密儀器、智能控制和通訊系統,雷達系統等領域高端應用。

发展声子晶体、声超构材料的设计、制备和集成技术,发展亚波長集成的电声器件、吸声器件和发声器件;开展力学超构材料研究,开发突破质量定律限制的轻质、高强度、高韧性、高阻尼智能材料,实现高效节能、吸能安全、低音降噪、隐身等重要功能。

發展原子尺度結構和成分可控的薄膜外延工藝,揭示界面對稱性破缺、晶格畸變和維度限制對序參量的調控規律,實現高密度多態存儲、電控磁存儲與傳感、太赫茲探測和成像系統。

發展低功耗、高速度的類腦計算與存儲融合技術;開發能感知外部刺激,具有刺激依賴可塑性且可以模擬突觸累積、激活、適應行爲的類腦功能材料;實現能夠執行人工認知、識別與分類的器件原型,發展具有類腦判斷與推理等思維方式的硬件技術。

研究高效、長寿命锂离子电池电极材料、开发锂空气电池,研制快速充电的大容量动力电池系统,发展高效能源管理方案;设计制备低成本、高储能密度复合材料,发展轻质、高比功率超级电容器。

利用能帶理論和微結構設計優化材料電輸運和熱輸運,發展提高材料熱電優值的方法,開發車用熱電模塊,利用汽車發動機尾氣余熱進行熱電發電,爲汽車提供輔助電源。

以疾病发生与发展过程中的生命过程或组织功能的改变为对象,设计、制备能够识别、標记、检测这些改变的智能纳米材料,通过产生特定的光、电、磁或生物化学信号,获得对疾病的检测、分析、跟踪、诊断甚至治疗,发展分子影像、靶向標记制剂、结合光、电、磁或辐射产生治疗作用的制剂等。

改變現有口服、注射等全身性給藥的方法,針對特定的病變部位,研究病變本身的獨特性質,通過藥物、藥物制劑等的特殊設計,尤其是以納米材料爲載體的納米藥物,發展靶向、專一、精准和可調控的給藥系統,在提高藥物利用率的同時降低藥物副作用。

通過分子設計方法制備新材料,或對傳統材料進行複合、改性,結合糖、酶、蛋白等生命分子以及細胞等生命活動的基礎元素,結合3D打印等新型材料制備技術,使材料在獲得良好生物相容性的同時,可以響應甚至參與生命過程從而體現生物功能,實現對人體組織功能的支持、補充、修複或替換。

發展合成與制備的分子科學模型,實現分子設計和結構調控,發展尺寸、形貌和組分可控的金屬、氧化物和半導體納米結構的綠色、大規模合成與制備方法,爲納米材料在光、電催化,能源高效存儲與轉化,環境檢測與治理,疾病診斷與治療等關鍵領域的應用提供材料支持。

發展不同尺度複雜結構的高效、大規模壓印技術;以壓印技術爲核心,爲高密度信息器件開發10納米以下微納加工所需的材料、設備和工藝流程,形成完整的技術體系,並以此爲基礎實現光、電、磁、生物醫療等相關功能器件的研制和集成。

發展三維光、電誘導納米裝配技術,實現分子、量子點、金屬納米顆粒等在微納光學材料/結構上的高精度組裝,研究0維與1維納米功能單元的大規模組裝,實現高性能薄層光電材料的大規模制備,研究複合生物材料的3D成型與組裝技術,發展可植入的智能人工組織和器官。