材料類國家重點實驗室介紹（三）

導讀：Hello！材料類國家重點實驗室介紹第三期來了，這次介紹的時隸屬于上海硅酸鹽研究所的高性能陶瓷和超微結構國家重點實驗室。

高性能陶瓷和超微結構國家重點實驗室

為促進我國高性能陶瓷的研究和發展，擴大我國在該領域中的影響，1988年4月，經國家計委和中國科學院批準，在中科院上海硅酸鹽研究所建立高性能陶瓷和超微結構開放實驗室；1989年1月實驗室正式對外開放；1991年納入國家重點實驗室系列，更名為高性能陶瓷和超微結構國家重點實驗室；1995年11月通過國家驗收。1992，1997，2003，2008，2013年，五次通過國家評估，其中兩次被評為“優秀”。目前，兩院院士嚴東生先生任實驗室名譽主任，陳立東研究員任實驗室主任，中國工程院院士江東亮先生任實驗室學術委員會主任。

實驗室立足于先進無機材料研究發展的前沿領域，結合化學、物理學、電子學、生物學等基本理論和研究方法，在先進無機材料的結構設計、制備科學以及應用等方面開展一系列前瞻性基礎研究和應用基礎研究。主要研究方向為：（1）高性能陶瓷材料多層次結構設計、材料性能和微結構研究；（2）無機納米材料研究；（3）生物醫用材料；（4）無機新材料探索與計算材料科學研究。

實驗室現有固定人員78人，其中院士3人（含兩院院士1人），研究員39人。35歲以下的青年研究人員占全室人員的45％。自實驗室建立以來，先后有2人當選第三世界科學院院士，5人當選世界陶瓷科學院院士，6人獲得“國家杰出青年基金”，2人入選“國家新世紀百千萬人才工程”，2人入選中組部“千人計劃”；23人入選中國科學院“百人計劃”。

目前國際合作對象已發展到包括美、英、日、德等國的20多所大學及研究所；在國內與清華大學等近30個高校和研究所保持廣泛的合作交流。在迄今資助的200余個實驗室開放課題中，60％的課題由客座研究人員承擔。實驗室學術交流頻繁，每年出訪和來訪人員超過100人/次，實驗室作為承辦單位曾多次舉辦國內及國際大型學術會議。

實驗室堅持中、長期發展目標，進一步發展具有中國特色的新材料、新工藝和有創建性的理論，保持和加強實驗室在高性能陶瓷材料領域的優勢地位，使之成為國際著名的國家重點實驗室之一。

一、高性能陶瓷和超微結構國家重點實驗室主要研究方向:

1、結構/功能一體化材料

先進陶瓷基復合材料的設計與制備課題組（郭景坤）
先進碳化物陶瓷材料課題組（江東亮、黃政仁）
組合技術及新材料研究課題組（劉茜）
先進非氧化陶瓷課題組（張國軍）
空間材料與實驗技術研究課題組（劉巖）
復合材料研究課題組（董紹明）
先進環境材料研究課題組（曾宇平）
無機材料力學行為與表征課題組（蔣丹宇）

2、能源與環境材料

介孔與低維納米材料課題組（施劍林）
熱電轉換材料與器件課題組（陳立東）
納米功能材料與光電器件課題組（孫靜）
功能薄膜材料物理性能及應用研究課題組（李效民）
環境功能材料課題組（王文中）
離子導電能量轉換材料與薄膜鋰電池研究課題組（郭向欣）
無機亞穩材料設計與應用研究課題組（余建定）
光電轉換材料與器件研究課題組（黃富強）
工業陶瓷課題組（金平實）

3、生物醫用材料

生物醫用材料與組織工程材料研究課題（常江）
生物納米技術研究課題組（朱英杰）
生物材料表面與界面研究課題組（劉宣勇）

4、超微結構與計算科學

計算材料物理與材料設計課題組（張文清）
材料的透射電子顯微結構表征課題組（許鈁鈁）
電子探針材料顯微結構及微區成分表征課題組（曾毅）

二、高性能陶瓷和超微結構國家重點實驗室承擔的國家任務

2016-2020，國家杰出青年基金，生物陶瓷涂層 (51525207)

2016-2020，國家基金委重點項目，核能用鋯基化合物陶瓷的協同設計、制備科學與相關機理研究 (51532009)

2015-2019，國家基金委重點項目，頜骨組織“仿生理性”再生的調控及其機制研究 (81430012)

2015-2017，國家863計劃，復雜結構組織在上的只能生物材料的實用性和前瞻性技術研究和產品開發 (2015AA020302)

2014-2015，國家重大科技專項，微納尺度（原位）表征技術與方法研究

2014-2016，氫化樹脂與光熱調制材料可控高效制備與應用關鍵技術 (2014AA032802)

2013-2017，國家973計劃子課題，具有多局域效應的電熱輸運機理及新材料設計 (2013CB632501)

2013-2017，國家973計劃子課題，面向規模化應用的高性能熱電材料外場調控制備 (2013CB632503)

2013-2015，國家863計劃，高性能碳化硼陶瓷規模化制備技術開發 (2013AA030703)

2013-2014，國家863計劃，地下城市空間機動車排放污染物凈化技術與示范 (2012AA062703)

2013-2016，國家杰出青年基金，介孔結構納米復合材料與性能研究 (51202274)

2013-2015，國家優秀青年基金，半導體熱電能量轉換材料 (51222209)

2013-2017，國家基金委重點項目，“聲子玻璃-電子晶體”熱電化合物的電熱輸運機制探索與微觀設計 (11234012)

2013-2015，國家自然科學基金委與中國工程院聯合工作方案，我國高耗能工業高溫熱工裝備節能科技發展戰略研究 (L1322012)

2012-2015，國家973計劃子課題，激發生物效應的多級微納結構材料的設計與可控制備 (2012CB933601)

2012-2014，國家基金委創新群體，高性能無機復合能量轉換材料的研究 (50821684)

2012-2016，國家基金委重大項目，硬組織生物活性材料與宿主局部微環境的相互作用及其在組織再生中的轉歸 (81190132)

2012-2016，國家基金委重點項目，新型無機納米載體的結構調控及抗癌藥物控釋與靶向性能研究 (51132009)

2011-2014，國家基金委重大項目，層狀電磁復合材料的界面結構設計與制備方法 (11090332)

2011-2014，國家基金委重點項目，熱致變色節能玻璃鍍膜材料的設計與磁控濺射制備及其應用基礎研究 (51032008)

2010-2013，國家基金委重大項目，透明陶瓷激光介質材料制備與性能調控 (50990300)

2009-2011，國家基金委創新群體，高性能無機復合能量轉換材料的研究 (50821004)

2009-2012，國家杰出青年基金，計算材料科學與無機復合能量轉換材料的微觀設計 (50825205)

2009-2012，國家基金委重點項目，高性能納米復合熱電材料 (50820145203)

2008-2011，國家基金委重點項目，硅酸鹽基骨組織工程材料及與再生環境相互作用關系的研究 (30730034)

2007-2011，國家973計劃子課題，復合熱電材料微結構調控與性能 (2007CB607502)

2007-2011，國家973計劃子課題，新熱電化合物體系探索及其構建規律 (2007CB607503)

2007-2010，國家杰出青年基金，粉末成型與燒結技術 (50625414)

2007-2010，國家基金委重點項目，新型介孔主客體復合材料及其非均相催化性能調控 (20633090)

2007-2010，國家基金委重點項目，超高溫陶瓷相圖、材料制備與微結構控制的研究 (50632070)

2006-2010，國家973計劃子課題，生物材料組成與特定構型對細胞分化、組織形成的影響及作用機制 (2005CB522704)

2006-2009，國家杰出青年基金，結構陶瓷 (50525205)

三、高性能陶瓷和超微結構國家重點實驗室主要裝備

儀器名稱：場發射透射電鏡（Tecnai G2 F20）

主要技術指標：點分辨率：≤0.24nm，線分辨率：≤0.10nm，加速電壓： 20,40,60,80,100,120,160,200KeV，束流：1nm 束斑電流 >0.6nA ? ? ? ?束斑漂移：< 0.5nm/min，球差系數：≤ 1.2 mm，EDS 能量分辨率優于136eV，能損譜系統能量分辨率：最佳分辨率0.4eV。

儀器名稱：離子減薄儀

主要功能：減薄非磁性無機材料的透射電鏡樣品；離子刻蝕樣品表面，消除殘余應力

主要技術指標：工作電壓范圍：0.6KeV- 10KeV、真空系統：< 2 x 10-3Pa、電子槍束流：0~3.5Ma、電子槍工作角度： -45o ~ +45o、離子槍傾轉角：-9.5o ~ +9.5o、旋轉速率：0.6 ~ 10 rpm、氣體介質：高純氬氣

儀器名稱：智能燒結爐（美國Materials Research Furnaces Inc.,HP-12×12-GG-2600-VM-G-15T）

主要功能：先進非氧化物陶瓷的熱壓和無壓燒結

主要技術指標：高純氬氣保護下，熱壓燒結<2000℃，無壓燒結<2200℃、升溫速度：<30℃ /min、最高壓力：133kN，溫度均勻性：<±10°C。

儀器名稱：超高溫爐(美國Materials Research Furnaces Inc.， T-4×8-GG-3000-VG)

主要功能：超高溫陶瓷的無壓燒結

主要技術指標：高純氬氣保護下，無壓燒結<3000℃，升溫速度：<50℃ /min，溫度均勻性：<±10°C。

儀器名稱：多功能燒結爐(日本，HIGH-MULTI-10000型)

主要功能：熱壓燒結、真空燒結、氣壓燒結。

主要技術指標：最高溫度2200度；真空5.0×10?–5Torr；氣氛壓力0.95MPa；機械壓力10T；最大燒結試樣：直徑150，高度120毫米；最大熱壓試樣直徑70毫米。

儀器名稱：高溫熱等靜壓(美國，OIH-9型)

主要功能：氣壓燒結

主要技術指標：最高溫度2000度；最高氣氛壓力206MPa；最大燒結區域：直徑152毫米，高度305毫米，試樣最大重量35公斤。

儀器名稱：全自動四站比表面積及孔徑分布分析儀(美國康塔，Quadrasorb SI/MP)

主要功能：氮氣吸附的方法測試粉體的BET比表面積、介孔材料的孔徑分布（BJH方法）和微孔材料的孔徑分布（DFT方法）；四站可獨立分析不同測試條件的樣品；該儀器適合介孔材料孔徑分布的批量測試。

主要技術指標：孔徑測試范圍：0.35納米～300納米。

儀器名稱：離心/重力沉降粒度儀(美國布魯克海文，XDC)

主要功能：基于經典的離心/沉降原理，通過高精度的數字式電機控制獲得準確離心轉速，由X射線源檢測顆粒沉降，不需要進行消光校正，但不適合碳元素以下的材料粒度測試。

主要技術指標：粒度范圍：0.01納米～100微米（與材料密度有關）；測試精度：2%；水介質分散。

儀器名稱：流變儀(MCR 301 奧地利安東帕)

主要功能：采用空氣軸承、同步電機馬達和直接應變振蕩技術，具有響應快、精度高和豐富的功能附件等特點。主要用于陶瓷漿料和高分子溶液等的粘度測試、靜態剪切（剪切速率掃描）、動態剪切（應力、應變、頻率、溫度掃描）等。

主要技術指標：扭矩：0.05μNm～200mNm；溫度范圍:-20℃～200℃；

剪切速率:10-7～103s-1；頻率:10-3～79Hz。

儀器名稱：zeta電位/粒度分析儀(Zeta Plus美國布魯克海文)

主要功能：結合頻譜漂移分析技術，簡單、方便地測量顆粒的電泳遷移率，并獲得無機或有機材料的Zeta電位；作為附加功能，該儀器還可通過動態激光散射的方法測試納米粉體的粒徑分布。

主要技術指標：粒度測試范圍：3納米～3微米。

儀器名稱：電化學綜合工作站(英國solartron， 1260-1470E)

主要功能：Solartron電化學工作站由恒電位儀1470E、阻抗分析儀1260和頻響儀1455A組成。該電化學工作站具有8通道，可支持除阻抗分析外的8個樣品的動（靜）電位（電流）功能分析。該系統進行如下方面的分析測試：靜（動）電位（電流）分析；阻抗分析；電化學沉積、腐蝕的樣品處理。

主要技術指標：最大電流4A；最大電壓10V；頻率：10-5Hz～100MHz。

儀器名稱：脈沖激光沉積成膜系統(日本誠南工業株式會社，PLD200)

主要功能：主要用于低壓沉積各種高質量薄膜，同時配有反射高能電子衍射系統，可實現薄膜沉積過程的原位監控與分析。

主要技術指標：極限真空：5E-5pa；襯底溫度：≤800℃；激光波長：248nm；激光脈沖能量：≤700mJ；激光重復頻率：1-10Hz；襯底尺寸：＜Φ60mm；靶材尺寸≤Φ20mm

儀器名稱：磁控濺射成膜系統(日本誠南工業株式會社，EI-R04M)

主要功能：用于沉積各種金屬及化合物薄膜，有射頻和直流兩種模式，三個靶位。

主要技術指標：極限真空：2E-4Pa；最高襯底溫度：1200℃；靶-襯底間距：50-200mm；常用濺射功率：10-400w；襯底尺寸：＜Φ100mm；靶材尺寸：Φ50.8mm。

四、高性能陶瓷和超微結構國家重點實驗室主要大咖

嚴東生，著名材料科學家。1918年2月生，浙江杭州人，就讀于清華大學及燕京大學，于1939和1941年分別獲學士和碩士學位，后于1949年獲美國伊利諾大學博士學位1980年當選為中國科學院院士，1994年當選為中國工程院院士。現任中科院特邀顧問，上海硅酸鹽研究所名譽所長，中國化學會理事長等職。在高溫材料制備科學與機理，多元氮化物與氧化物體系的熱力學與動力學研究，高性能材料設計與微觀調控以及陶瓷基復合材料的研究等諸方面作出了開創性的工作。他同時著眼于實際問題的解決，在高性能無機材料的基礎研究和應用研究方面成績卓著，是中國無機材料科學的奠基人。他是精細陶瓷、納米材料科學等國家重大研究項目的首席科學家，并與國外建立了廣泛的研究合作關系，他領導研制生產的鍺酸鉍(BGO)大單晶被歐洲核子中心選用，其質量、數量與性能均居世界第一。由于他的成就和貢獻，被國外多個大學和學術團體授予榮譽稱號，被國際無機材料科學界譽為最有影響的學術領導人之一。

郭景坤。無機化學家與材料科學家。1933年11月生，廣東新會人。1958年畢業于復旦大學化學系。現為中國科學院上海硅酸鹽研究所學術委員會主任。1990年被選為世界陶瓷科學院（WAC）院士，1991年被選為中國科學院院士。1999年被選為第三世界科學院院士。現為《無機材料學報》、《硅酸鹽通報》主編和Chief Editors in of《Ceramics Internationals》;Member of Nomination Committee of WAC 。曾任中國科學院上海硅酸鹽研究所所長；“863”新材料領域第二屆首席科學家等。早期從事陶瓷與金屬封接研究，研究成功適用于多種陶瓷與金屬的封接，解決了我國電真空事業發展中的一個關鍵。后從事纖維補強陶瓷基復合材料的研究。研究成功的陶瓷基復合材料具有高強度和高韌性，極好的耐熱沖擊和耐燒蝕性能。他研究陶瓷材料的強化與增韌，以及陶瓷發動機用材料與部件，使我國成為國際上為數不多的能夠進行陶瓷發動機行車試驗的國家之一。近年從事復相陶瓷、納米陶瓷研究、陶瓷材料的晶界應力設計研究、陶瓷的低溫燒結和多相材料研究。

江東亮。著名材料科學家，1937年9月生，研究員，博士生導師。1960年畢業于南京化工學院。1992年入選國際陶瓷科學院院士, 2001年當選為中國工程院院士。歷任上海硅酸鹽研究所副室主任、副所長，高性能陶瓷和超微結構國家重點實驗室主任，學術委員會主任等職務。1981－1983年，在美國密歇根大學冶金和材料科學工程系工作。長期從事先進陶瓷的組成、結構、工藝與性能關系的研究與發展工作。先后開展氧化鋁陶瓷末期燒結氣氛對材料致密化的影響，碳化物或含碳化物的復合材料的高溫等靜壓氮化改性工藝等基礎研究工作，促進了無機材料科學的發展。新材料開發和工程應用上，在國內研制成功高致密微晶氧化鋁陶瓷及機械密封件，磁流體發電電極材料，氧化鋁輕質、重質耐熱混凝土，碳化硅基工程陶瓷，復相陶瓷和陶瓷基復合材料等。廣泛應用于機械、化工、能源、交通和空間等行業，取得了相當的社會和經濟效益。