高性能一维纳米储能材料的制备科学与结构性能优化-武汉理工大学
武汉理工大学新材料或省部科技奖励情况
4
2014
湖北省科技发明奖
一等
复合精冲成形技术与装备
华林、毛华杰、朱春东、杨静刚、张勇、刘艳雄
5
2014
中国高校科研成果科技进步奖
一等
专用项目
傅正义
6
2014
中国建筑材料联合会技术发明奖
一等
诱导损伤神经再生的可降解材料设计与制备技术及临床应用
李世普
7
2013
湖北省自然科学奖
二等
无团聚亚微米-Al2O3粉及微晶刚玉瓷球制备新技术
吴伯麟、段兴龙、袁润章、邵刚勤、谢济仁
46
1999
建材行业部科技进步奖
二等
提拉法大容量磁悬浮冷坩埚晶体生长新技术
李强、李银祥、叶箐、张一玲、袁润章、欧阳世翕
47
1999
建材行业部科技进步奖
三等
中远红外光纤用硫卤玻璃和锗硅酸盐玻璃的基础研究
赵修建、刘继翔、李新菊、杜金成、陈文梅、韩建军
方亮、张辉、吴伯麟、袁润章
26
2007
湖北省自然科学奖
三等
系列新铌、钽酸盐晶体化合物的发现、合成、结构与性能研究
方亮、张辉、吴伯麟、袁润章
27
2006
湖北省科技进步奖
一等
陶瓷复合材料蒸发坩埚低成本制造技术的开发与应用研究
傅正义
28
2006
湖北省科技进步奖
二等
低压成型纤维增强片状模塑料的研究
张联盟
29
2006
国防科学技术奖
三等
×××高性能纳米复合碳化钨—钴材料研制
邵刚勤
30
2005
湖北省科技进步奖
纳米材料的制备方法
纳米材料的制备方法1 纳米材料纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的晶体，非晶体、准晶体以及界面层结构的材料，这大约相当于10-100个原子紧密排列在一起的尺度[1]。
纳米材料大致可分为纳米粉末（零维），纳米纤维（一维），纳米膜（二维），纳米块体（三维），纳米复合材料，纳米结构等六类。
[2]纳米材料的物理化学性质不同于微观原子、分子，也不同于宏观物体，纳米介于宏观世界与微观世界之间。
纳米材料的特殊结构使得它具有特殊的力学、磁学、光学等特殊的性能。
这些有益的性能让纳米材料的研究空前火热。
现在，纳米材料已经广泛应用于工业和民用领域。
比如纳米疏水涂料可以用来制成衣服、汽车玻璃膜等，这样衣服不会湿，汽车玻璃也不会在下雨天模糊了；再如纳米吸波材料，可以作为隐身战机的涂层，配合特殊的气动布局能使战机的雷达反射面积减小到几平方厘米。
2纳米材料的制备方法2.1 溶胶凝胶法溶胶-凝胶法是以无机物或金属醇盐做前驱体，在液相将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化，胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。
凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。
可在低温下制备纯度高、粒度尺寸均匀的纳米材料。
在制备过程中无需机械混合，不易掺入杂质，产品纯度高。
由于在溶胶-凝胶过程中，溶胶由溶液制得，化合物在分子级水平混合，因此胶粒内及胶粒间的化学成分完全一致，化学均匀性好;颗粒细，胶粒尺寸小于0.1μm；工艺、设备简单。
余家国等[3]用该法制备了锐钛矿型TiO2纳米粉体，甲基橙水溶液的光催化降解实验表明，TiO2纳米粉体的光催化活性明显高于普通TiO2粉体。
干燥蒸发水解湿凝胶溶胶溶质溶剂热处理干凝胶成品图1 溶胶-凝胶法的过程图2.2 水热合成法水热合成法是通过高温高压在水溶液或蒸汽等流体中合成物质，再经分离和热处理得到纳米微粒。
一种纳米植物纤维理分固态电池的制备方法
一种纳米植物纤维理分固态电池的制备方法
纳米植物纤维是一种具有优异性能的纳米材料，其在固态电池领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍一种纳米植物纤维理分固态电池的制备方法。
我们需要准备一定量的纳米植物纤维，这些纳米植物纤维可以通过植物纤维的机械处理，如高压纤维化、超声波处理等方法获得。
在处理过程中，需要注意避免使用可能对环境造成污染的溶剂和化学品。
将获得的纳米植物纤维进行表面修饰。
这一步骤可以通过利用化学修饰剂或物理方法，如等离子体处理等，使纳米植物纤维表面具有更好的导电性和化学稳定性。
将修饰后的纳米植物纤维与合适的电解质相混合，电解质可以选择具有高离子传导性和化学稳定性的材料，如聚合物电解质或无机电解质。
混合过程中需要注意均匀搅拌，以确保纳米植物纤维和电解质能够充分接触。
将混合后的材料放置在特定的模具中，并施加适当的压力。
这将使纳米植物纤维与电解质形成紧密结合的固态电池结构。
压力的大小可以根据实际需要进行调整，以获得更好的电池性能。
将制备好的纳米植物纤维理分固态电池进行热处理，热处理过程中，需要控制好温度和时间，以促进纳米植物纤维和电解质之间的交互作用，进一步提高电池性能。
纳米植物纤维理分固态电池的制备方法包括纳米植物纤维的制
备、表面修饰、与电解质的混合、施加压力和热处理等步骤。
这种方法可以用于制备高性能的固态电池，具有应用前景广阔。
第四章-一维纳米材料ppt课件
Au-Ag-Au-Ag nanowire
17
1.3 硬模板：碳纳米管(carbon nanotubes)
用于制备碳化物纳米棒的反应路线示意图
18
碳纳米管
以碳纳米管为模板合成的
GaN纳米线
19
1.4 硬模板：外延模板法
“外延模板法”制备单晶GaN 纳米管的过程示意图 20
A) TEM images of Ag/SiO2 coaxial nanocables that were prepared by directly coating silver nanowires with an amorphous silica sheath using the sol-gel method.
10
1.2 硬模板：多孔氧化铝膜(AAO)
结构特点是孔洞为六边形或圆形且垂直于膜面，呈 有序平行排列。孔径在5至200nm 范围内调节，孔密 度可高达1011 个/cm2。
184nm
477nm
666nm
11
利用AAO模板合成纳米材料
沉积
电抛光 纳米棒
阳极氧化
Al 纳米有序阵列复合结构
纳米管
纳米粒子
32
2.6 软模板法特点： (1) 模拟生物矿化； (2)软模板的形态具有多样性； (3)容易构筑，不需要复杂的设备； (4)稳定性较差，模板效率不够高。
33
2.7 模板法制备纳米材料的比较 共性：能提供一个有限大小的反应空间 区别：硬模板提供的是静态的孔道,物质只能从开口
处进入孔道内部 软模板：提供的则是处于动态平衡的空腔,物质可以
杂后的C60表现出良好的导电性和超导性。 57
碳60超导体
C60中掺杂，引入碱金属、碱土金属原子，
一维纳米材料的制备与性能研究
一维纳米材料的制备与性能研究纳米材料是指在纳米尺度下具有特殊性质和应用潜力的材料。
其中，一维纳米材料是指在至少一个维度上具有纳米尺度的材料。
一维纳米材料的制备与性能研究是纳米科学与纳米技术领域的重要研究方向之一。
一维纳米材料的制备方法多种多样，其中最常见的方法是化学合成法。
化学合成法通过控制反应条件和添加特定的助剂，可以实现对纳米材料形貌、尺寸和结构的精确调控。
例如，碳纳米管就是一种常见的一维纳米材料，它可以通过化学气相沉积法、电弧放电法等方法制备得到。
此外，金属纳米线、半导体纳米线等也是常见的一维纳米材料，它们可以通过模板法、溶液法等方法制备。
一维纳米材料的制备方法对其性能具有重要影响。
首先，制备方法可以影响纳米材料的形貌和尺寸。
例如，碳纳米管的直径和壁厚可以通过调控反应温度和碳源浓度来控制。
其次，制备方法还可以影响纳米材料的结构和组成。
例如，金属纳米线的晶格结构和晶面取向可以通过控制溶液中的配位剂和表面活性剂来调控。
最后，制备方法还可以影响纳米材料的表面性质和界面特性。
例如，通过在化学合成过程中加入特定的表面改性剂，可以实现对纳米材料表面的修饰，从而改变其表面能和化学活性。
一维纳米材料的性能研究是纳米科学与纳米技术领域的热点研究方向之一。
一维纳米材料具有独特的电子、光学、热学和力学性质，因此在能源、电子、光电和生物医学等领域具有广泛的应用前景。
例如，碳纳米管具有优异的导电性和力学性能，可以用于制备高性能的导电材料和复合材料。
金属纳米线具有优异的电子输运性能，可以用于制备高性能的电子器件和传感器。
半导体纳米线具有优异的光学性能，可以用于制备高效的光电器件和光催化材料。
此外，一维纳米材料还具有较大的比表面积和较好的可控性，可以用于制备高效的催化剂和吸附材料。
在一维纳米材料的性能研究中，表征方法的发展起到了重要的推动作用。
传统的表征方法如透射电子显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射等可以用于观察纳米材料的形貌和晶体结构。
一维纳米材料
一维纳米材料
一维纳米材料是指至少有一个尺寸在纳米尺度（10^-9米）范围内的材料，但
其它两个维度的尺寸可以远远大于纳米尺度。
一维纳米材料包括纳米线、纳米棒、纳米管等，这些材料在纳米尺度下呈现出特殊的物理和化学性质，因此被广泛应用于各种领域。
一维纳米材料的制备方法多种多样，包括化学气相沉积、溶液法合成、电化学
沉积等。
其中，化学气相沉积是一种常用的方法，通过在高温下将气态前驱体转化为固态纳米材料，可以制备出高质量、高纯度的一维纳米材料。
溶液法合成则是通过在溶液中加入适当的前驱体，利用溶剂的挥发或化学反应来制备一维纳米材料，这种方法简单易行，适用于大规模生产。
一维纳米材料具有许多独特的性质，例如，纳米线的电学性质优异，可以用于
制备高性能的电子器件；纳米管具有优异的力学性能和热学性能，被广泛应用于纳米材料复合材料的制备；而纳米棒则具有优异的光学性能，可用于制备高效的光电器件。
这些特殊的性质使得一维纳米材料在电子、光电、传感、催化等领域有着广泛的应用前景。
除了应用领域的广泛性外，一维纳米材料还具有很强的研究价值。
通过对一维
纳米材料的研究，可以深入了解纳米尺度下的物理和化学性质，为纳米材料的设计与制备提供理论基础。
同时，一维纳米材料还可以作为纳米材料复合材料的增强相，提高复合材料的力学性能和热学性能。
总的来说，一维纳米材料具有独特的物理和化学性质，具有广泛的应用前景和
研究价值。
随着纳米技术的不断发展，一维纳米材料必将在各个领域发挥重要作用，推动科技的进步。
武汉理工大学2016年湖北省优秀学士学位论文
闫映飞 张玉明 李旻哲 张静 李玲 王召磊 孟杰 丘椿荣 张淼森 覃艺 沙志寰 王伟钊 朱立基 王齐贤 李乐平 王蒙 刘亚东 韩素 李文韬 王一新 张丹萍 冯澜 王海滨 郑伟杰 薛倩 王远 胡明昊 王讷 刘东领 程浩 李潇颖 方舒 施辉 陈振东 连震 于安斌 郭庆康 曾凡哲 杨洋 赵麟斐 郑宇 黄炜祥 袁煜明 马栋梁 刘圣源 李南南 崔进 刘浪
0121209310333 0121209310222 0121209320418 0121209310224 0121209320125 0121209310204 0121209320216 0121209320611 0121209310618 0121116150201 0121216150111 0121216150513 0121208720231 0121216610217 0121216150515 0121216600119 0121216150325 0121216610124 0121216590112 0121219620109 0121219630134 0121219630219 0121219630127 0121208870117 0121208290219 0121208720242 0121208290130 0121208290107 0121208720221 0121208670132 0121208670218 0121208260131 0121208870332 0121208260111 0121208260126 0121208670133 0121208270227 0121203921104 0121211350627 0121211350333 0121211350521 0121211360227 0121211360408 0121202110230 0121211350436 0121211350526 0121205830202 0121211350621
武汉理工大学材料学院导师信息
6董丽杰Leabharlann 女1973教授
7
顾少轩
女
1967
教授
非线性光学材料：氧化物 博导 玻璃、非氧化物玻璃及薄 膜、有机-无机复合材料
8
郝华
女
1972
教授
博导
高温介电陶瓷材料，压电 陶瓷，高性能电容器瓷料
9
胡曙光
男
1957
研究员
10
黄尚宇
男
1963
教授
11 12 13
黄志雄 姜洪义 林宗寿
男 男 男
1963 1961 1957
29 30
张奇 周 静
男 女 1970
教授 教授
塑性聚合物方法压电纤维复合材料机理与性能研究； 介电、压电、铁电功能材 Pechini方法介电薄膜的制备与界面效应分析；NBT基 料的结构与物理效应 陶瓷的双位复合取代与压电特性研究；
第3页，共19页
31
材料科学与工程专业硕士研究生导师一览表
（按姓氏排序）
一、材料科学与工程学院
序 号 姓名 性 别 出生 年 职称 导师 类别 研究方向 在研项目 新型纳米敏感材料及微纳气体传感器件的研制；超长 二氧化钒纳米线的制备及其压阻效应；柔性太阳能电 池材料及器件设计；TiO2基纳米光催化材料及器件的 制备与性能优化；低成本燃油活化助燃红外辐射材料 的研制；一维层状氧化物纳米材料的结构、性能调控 与器件探索；金属氧化物纳米材料及在电池中的应 用； Ca-Al2O3-SiO2系统微晶玻璃结构与内应内关系的研 究；浮法新型高强度耐热玻璃；多孔结构玻璃表面 Ag+的组装及其抗菌性能的研究 高温传热蓄热材料设计与性能调控原理（973计 划）；基于Al-Si-Cu-Mg-Zn合金的高温相变储热材料 及高温储热技术的研究（863计划）；中温太阳能储 热材料与装置研究（支撑计划）；Mg基相变储热材 料研究（基金项目）；高性能汽车零部件关键材料与 氧化锰多层次纳米结构超级电容器电极材料的研究； TiO2基纳米光催化材料及器件的制备与性能优化；国 防科工委军品配套项目，功能陶瓷；铁电纳米线的控 制生长及纳米尺度铁电性能研究；有序异形纳米ZnO 材料的结构与性能相关性研究 环境友好型现代混凝土基础研究；杂散电流与氯离子 共存环境下混凝土的劣化机理与耐久性设计；雅西高 速公路干海子大桥钢管混凝土及桥面铺装混凝土配合 比设计及施工质量控制 多功能磁性荧光纳米颗粒基于新型碳纳米管的自组 装；PVC工程化及其应用；具有类液体行为的碳纳米 管的制备、结构与特性；高耐热抗老化PVC合金；碳 纳米管类流体奇异流变性能与组装结构研究 GeS2-基硫系玻璃的二阶非线性光学效应研究；硫系 玻璃的制备与二阶非线性光学性能研究；GeS2-基硫 系玻璃的结构与性能研究；高居里温度压电陶瓷；硫 系及硫卤玻璃的光电子性能与结构研究；红外偏振玻 璃中试研究；聚合物/层状氧化物纳米复合体系界面 结构与电致变色性能研究 新世纪优秀人才支持计划；梯度纳米包覆BiMeO3基材 料结构设计及高温介电性能研究(国家自然科学基 金）；高介高稳定NP0型多层陶瓷电容器瓷料制备与 改性研究
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
推荐申报2016年度教育部高校科学研究优秀成果奖（自然科学奖）
项目公示材料
1、项目名称：高性能一维纳米储能材料的制备科学与结构性能优化
2、推荐单位：武汉理工大学
3、项目简介：
本项目所属学科为低维无机非金属材料。
新能源汽车是十三五规划中重点支持的战略性新兴产业，电化学储能器件作为新能源汽车的核心部件，其发展受限于电极材料，能量密度、功率密度、循环稳定性无法满足日益增长的性能要求。
一维纳米材料因具有比表面积大、轴向电子通道连续、径向离子扩散距离短等优势，能有效提高电极材料的电活性，是目前研究的前沿和热点。
但传统一维纳米电极材料面临容易发生自团聚，比表面积低，电导率低，晶体结构稳定性差等关键问题。
本项目在国家自然科学基金、教育部新世纪优秀人才支持计划等科研项目的持续支持下，在高性能一维纳米储能材料的复杂结构构筑、晶体结构调控、性能增强等方面开展了系统深入的研究，形成了自己的研究特色，取得的重大科学发现和成果如下：
（1）提出了构筑纳米棒/纳米线分级结构、纳米棒搭接组装纳米线结构、纳米带/纳米卷自缓冲结构等六种复杂分级结构的构筑模型，发现上述结构抑制了自团聚，增加了活性位点。
有效提升比表面积，缩短离子扩散距离。
提供了有效导电通道，大幅提高材料的电导率，提升倍率性能和循环稳定性。
分级异质结构纳米线的容量保持率提高了25%，以分级介孔纳米线为电极材料的锂空气电池容量达11000 mAh/g以上。
（2）提出了三种导电物质包覆金属氧化物的制备模型，构筑了黄瓜状同轴纳米线、半中空双连续石墨烯卷包覆结构等复杂同轴纳米线结构，发现石墨烯、导电聚合物可明显提高材料的电导率和循环稳定性，包覆物质与本体材料之间的电子转移与界面特性显著提升了材料的电化学性能。
相比于包覆前，黄瓜状MnO2/PEDOT/V2O5 同轴纳米线的单次衰减率下降70%，H2V3O8/石墨烯半中空双连续纳米线的容量在大电流密度下提升了4.5倍。
（3）提出了电化学预钠化方法，改善纳米线材料的本征结构，发现预嵌入可有改善电解液离子扩散，提高材料的循环稳定性。
电解液离子在Na x MnO2(x=0.7和0.9)的扩散速率得到大幅提升，促进了二氧化锰的氧化还原反应过程，能量密度提高10倍，1000次循环后容量保持率达到99.9%。
项目完成期间发现提出了分级异质结构等6种分级结构构筑、黄瓜状同轴纳米线构筑等3种导电物质包覆构筑的优化策略，提出了电化学预嵌入优化策略，制备了多种高性能一维纳米储能材料，极大推动了电化学储能器件的研究与应用。
项目发表SCI论文45篇，其中10篇代表性论文中9篇影响因子大于9，包括Nature Commun. 1篇，Adv. Mater. 2篇，PNAS 1篇，J. Am. Chem. Soc. 1篇，Nano Lett. 3篇，代表性论文被国际著名期刊Science、PNAS等SCI他引739次，10篇代表性论文平均影响因子为12.461，6篇入选ESI高被引论文，单篇最高SCI他引278次，被国际著名电化学专家Yury Gogotsi教授等多位本领域国际权威学者正面引用和高度评价。
应邀参编Elsevier出版的专著1部，在美国MRS Meeting等国际会议做特邀报告20余次。
第一完成人麦立强应Chem. Rev. (IF=45.661)邀请撰写封面专题综述，当月5篇高下载阅读量论文中名列第一，被选为ESI热点论文；应邀担任会议主席举办Nature能源材料国际会议、美国MRS能源材料表征分会、第十届中美华人纳米论坛等重要学术会议；获2014年国家杰出青年基金资助，入选国家百千万工程，并被授予“有突出贡献中青年专家”称号。
荣获中国青年科技奖、光华工程科技奖等。
4、主要完成人情况(公示姓名、排名、技术职称、工作单位、完成单位、对本项目技术创造性贡献)
主要完成人情况表
5、代表性论文专著目录。