第199次-- 科学与技术前沿论坛

主题报告

材料组织和性能的高压调控
田永君中国科学院院士燕山大学

从材料热力学出发，介绍材料高压调控的基本原理、多尺度调控的能力和空间，展示高压在调控材料熔点、晶体结构、固溶度、界面状态、织构等材料显微组织和性能方面的潜力。以金刚石为例，详细介绍高压调控获得纳米孪晶显微组织的策略和实施效果，在纳米孪晶金刚石中消除反霍尔佩奇效应的科学原理，以及采用纳米孪晶显微组织和金刚石多型体实现金刚石硬化和韧化协同的科学原理和原子机制。最后介绍纳米孪晶金刚石及其复合材料的出现所派生出的超高精密切削、原子级键合和原子级切削等3项变革性材料加工技术。
无机半导体材料的超高塑性变形
朱铁军教授浙江大学

当前柔性可穿戴电子和物联网等领域发展迅猛，面向复杂应用场景的自供电电源需求与日俱增。热电技术作为一种全固态能量转换技术，可利用环境温差实现热能向电能的直接转换，有望为复杂场景的低功率电子供电提供一种极具潜力的技术方案。面向曲面、复杂结构热源的低功率电子应用，迫切需要开发柔性热电技术。近年来，以Ag2(S,Te)为代表的室温塑性无机热电半导体的发现为开发高性能柔性热电器件提供了新的研究方向。理解无机半导体的室温塑性变形机制、开发兼具室温高热电性能和良好柔塑性的无机热电半导体材料是该研究方向的核心主题。本报告将介绍有关Ag2(S,Te)半导体的物相结构与脆塑性转变的关系，以及小应力作用下亚晶格非晶化做为塑性变形的新机制，利用这样的机制实现了该无机半导体材料的超高变形量以及类金属的塑性加工。
面向高端电子用先进电介质陶瓷材料及器件
林元华教授清华大学

高端电介质陶瓷及器件在航空航天、电子信息、国防装备等领域具有重要的应用，然而其关键技术长期受制于欧美日韩等发达国家，被列为我国35项卡脖子关键技术之一。基于电介质陶瓷性能长期受制于电极化-效率、电极化-耐压强度之间的本征倒置关联的限制，提出了多形态铁电纳米畴、超顺电态、阻挫反铁电序等原创学术思想，实现了电极化和效率协同提升。提出了利用高熵无序结合多弛豫态设计提升多层陶瓷电容器性能的原创思想，实现了电极化-晶格点阵间强关联的解耦，获得了耐高压、耐高温和高储能密度，性能超过现有最先进的多层陶瓷电容器。研制出系列耐高压、耐高温、超高能量密度特种陶瓷电容和具有高介电常数、高稳定性的新型陶瓷芯片电容，成功应用于相控阵雷达、射频功率放大器、高功率储能电路、新一代大功率直线加速器等高端装备中，为解决我国高端电容卡脖子技术提供了关键材料和器件。
多功能复合结构的介孔材料的合成与应用
赵东元中国科学院院士复旦大学

功能介孔材料是一类孔径在2-50 纳米的多孔固体，它不仅具备高比表面积、孔道尺寸和孔容均一可控等独特性质。这里我们主要介绍近年来在分子聚集体超组装调控，实现取向组装可控合成，创制多级结构功能介孔材料的研究进展。我们发展了一系列合成多级结构功能介孔材料新方法，制备了一系列新型多级有序结构功能介孔材料，包括均匀的纳米微球、半球、多面体、二维单层纳米片结构。基于界面调控，我们实现了功能介孔材料的取向组装，创造了非对称哑铃型、葫芦状、火柴状、双叉二聚体（Y型）多功能介孔材料。这些新材料，可以做成各种器件，在重质油（渣油）裂化催化剂、储能电池电极材料、绝热材料、介电材料、传感器等领域的应用。例如：固体介孔氧化硅微球可以作为树脂的添加物，有效地降低印刷电路板的能量损耗和介电常数；介孔孔道可以作为纳米硅颗粒充放电的膨胀空间，由此产生的有序介孔硅碳负极具有超高的能量密度和近零膨胀性能。
超晶格材料单晶合成和手性结构调控
崔勇教授上海交通大学

超晶格材料是由两种或多种结构单元在原子或分子尺度上周期性交替排列所形成的新型有序结构体系，具有明确的界面结构和协同功能特性。相较于传统复合材料，超晶格通过精准控制组分序列与界面耦合，实现结构–性能的集成优化，在光电、自旋、催化等前沿领域展现出巨大应用潜力。本报告围绕“超晶格材料的精准构筑与手性结构调控”这一主题，系统介绍我们在MOF基础上构筑三类异质超晶格体系的最新进展。首先，发展界面晶格匹配策略，实现MOF–无机卤化物（如PbX₂）在单晶尺度下的协同嵌套构筑，材料展现出固有手性与优异的光电响应行为。其次，通过拓扑对称性设计与限域结晶控制，构建MOF–COF超晶格，实现有机刚性骨架间的周期性融合，并揭示其手性传递与调控机制。第三，利用MOF骨架提供的限域模板空间，引导聚合物链有序排列，制备MOF–聚合物超晶格，实现柔性–刚性协同增强与手性功能放大。上述研究构建了多类型有序杂化超晶格材料的设计平台，为发展具有构筑规律性、手性功能性与器件可加工性的先进材料体系提供了重要支撑。

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第199次：功能材料器件化与产业化