今日，小编将带您全面了解清华大学材料学院，具体包括：院系概况、院士团队、科研项目、科研平台、转化案例、最新研究进展及成果简介。

院系概况

        清华的材料学科在最新一轮教育部组织的全国一级学科评比中均被评为A+。在2017最新发布的QS世界大学学科排名中，清华大学材料科学学科位列世界第9名。材料学院现有专职教师87名，教授47名，副教授32名，讲师8名，其中两院院士8名（1名双聘）、杰出青年基金获得者10名、“优青”4名。学院现有多个国家和部委级科研和教学平台，包括：新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室、先进材料教育部重点实验室、先进成形制造教育部重点实验室、北京电子显微镜中心、“先进材料”虚拟仿真国家实验教学示范中心、“材料科学与工程”国家教学示范中心、 材料科学与工程研究院中心实验室等国内一流的教学科研平台。

材料学院院士团队、科研项目介绍

        1、新型陶瓷与精细工艺团队

        · 领军人物

        ■ 李龙土院士

        无机非金属材料专家。清华大学教授。长期从事功能陶瓷材料及应用研究。1997年当选为中国工程院院士。

        ■ 南策文院士

        材料科学专家。清华大学教授，湖北浠水人。曾获国家自 然科学二等奖和北京市科学技术奖一等奖。2011年当选为中国工程院院士。

        ■ 周济院士

        无机非金属材料专家。授权发明专利41项，获国家自然科学二等奖和国家技术发明二等奖各1项。2017年当选中国工程院院士。

       · 团队研究方向

        信息功能陶瓷材料；高性能结构陶瓷材料；复合功能材料及设计理论；新能源和环境材料；生物陶瓷。

       · 核心团队成员

        李敬锋、潘伟、沈洋、林红、林元华、汪长安、王晓慧、岳振星、谢志鹏。

       · 其他成员

        褚祥诚、马静、王轲、李明、王强、崔爱莉、郑泉水、刘莉、张涛、赵乾、邵天敏、王进、张辉、李勃、陈宇、黎维彬、张宝清、成波、向东、李琦、李宝华、赵世玺、阎培渝、方菲、孟永钢、李鑫、张毅、朱永法、王睿、李博。

       · 科研项目

        在国家重大科技专项中承当“双工件台高精度大尺寸陶瓷零部件的研 制”、”吸收球性能和制造工艺“，承当973、863、国家自然科学基金以及国防军工等领域的一批国家级项目。

        2、先进材料团队

       · 领军人物

        ■ 李恒德院士  

        核材料、材料科学专家。我国核材料和金属离子束材料改 性科学技术的先驱者之一。1994 年当选为中国工程院院士。

        ■ 朱静院士      

        材料科学家。1995 年当选为中国科学院院士。近年在高 温结构材料、纳米材料和技术、固体表面与界面、应力诱导相交、微量元素偏析特征等研究中发展了实验研究方法。

        ■ 柳百新院士   

        材料科学家。2001 年当选为中国科学院院士。长期在载 能离子束与材料的作用及改性、薄膜材料和核材料等领域从事研究工作。

       · 团队研究方向

        先进功能材料，研究领域涉及信息、能源、环境、生物材料的维纳结构、制备和性质。

       · 核心团队成员      

        潘峰、于荣、蔡强、王秀梅、翁端、孙晓丹、吴晓东、章晓中。

       · 其他成员

        钟虓龑、施惠基、赵嘉昊、罗俊、李辉、张友生、李建民、干林、崔福斋、李文治、蔡强、柳百新、马春来、田民波、陶琨、汤海鹏、王英华、冯嘉猷、范玉殿、贺小明、孙晓丹、冯庆玲、梁彤翔、江海、和志刚、黄立基、张效忠。

       · 科研项目  

        2012至2017年团队承担了纵向及横向课题共计910项，其中：973、863重点研发项目112项，国家自然科学基金项目313项，承担省部级项目143项，校内基金及横向课题225项，国际合作项目89项。

        3、先进成形制造团队

       · 领军人物

        ■ 柳百成院士  

        铸造及材料工程专家，1999年当选为中国工程院院士。曾获部委级科技进步奖一等奖2项、二等奖5项、三等奖4项、国外奖励2项及发明专利2项。

       · 团队研究方向      

        重大装备成形制造、成形制造的数字化技术、轻金属材料绿色成形制造、快速成形制造、成形制造专用机器人等方面。

       · 核心团队成员      

        姚可夫、庄大明、董洪标、钟敏霖、朱宏伟、熊守美、许庆彦、沈厚发、李文珍、荆涛、李言祥、康进武、刘源、韦进全、韩志强、张华伟。

       · 科研项目

        在国家重点研发计划“增材制造与激光制造”、“材料基因工程”专项中主持5个项目研究工作，主持973、863、国家自然科学基金以及国防军工等领域的一批国家级项目。

材料学院科研平台介绍

        1.新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室

        “新型陶瓷与精细工艺”国家重点实验室于1991年开始建设，1995年通过国家验收正式对外开放。目前主要研究方向包括：信息功能陶瓷材料、功能复合材料设计与新材料探索、高性能结构陶瓷、陶瓷材料先进制备工艺、能源与环境材料、生物陶瓷材料。现有研究人员46人，其中中国科学院院士1人，中国工程院院士2人，教授及研究员27人，副教授与副研究员15人，高级工程师4人。承担完成了国家级科研项目200余项，各项科研经费累计近2亿元；荣获省部级以上奖励29项，获国内外授权专利150余项。

        2.先进材料教育部重点实验室

        先进材料教育部重点实验室于1995年正式对外开放，1999年9月更名为先进材料教育部重点实验室。目前实验室所属的材料学、材料物理与化学、核燃料循环与材料和凝聚态物理均被评为全国重点学科。科研队伍有中国科学院院士三名，中国工程院院士两名。教授、副教授40余名，长江学者3名，国家杰出青年基金资助5人。承担了大量以国家级重要课题为首的科研项目，近年实验室每年研究经费超过2000万。实验室资产超过5000万人民币，已基本建成先进材料制备和测试平台，拥有一批先进的材料制备和表征手段。

        3.先进成形制造教育部重点实验室

        实验室面积5000多平方米，拥有较齐全的材料制备、测试及加工技术实验仪器设备。包括Gleeble1500D动态热-力学模拟试验机、IPG-2000W光纤激光器及数控加工系统、纳米X-射线三维断层扫描（Phoenix|Nanotomm）等重大实验装备，总价值过亿。研究领域包括重大装备成形制造、成形制造的数字化技术、轻金属材料绿色成形制造、快速成形制造、成形制造专用机器人等方面。研究队伍有中国科学院院士1位、中国工程院院士1位、“长江学者奖励计划”特聘教授2位、国家杰出青年基金获得者2位、国家级重大人才引进工程特聘教授4位，国务院特殊津贴获得者1位。在国家重大科技专项中主持5个项目研究工作。

材料学院各团队科研成果及成果转化案例

        新型陶瓷与精细工艺团队

        973计划：1

        国家科学自然基金：450

        技术发明奖：1项

        科技进步奖：4项

        自然科学奖：4项

        专利总数：1142

        1、在河北邯郸高新技术产业开发区建立陶瓷胶态注射成型成果转化和规模化生产基地，占地166亩，现已建成近万平米的生产车间和年产5000吨陶瓷微珠生产线，预计实现年产值2亿元，利税5000～6000万元。

        2、清陶（昆山）研究院成立于2016年，由清陶发展、昆山经济技术开发区、清华大学材料研究院联合共建。截至目前，清陶研究院已经建有先进的新能源相关材料制备加工平台、锂电池叠片中试生产线、涂布生产线和电池分析测试平台。计划于2017年9月推出可量产化的全固态锂电池，进而通过清陶发展融资成立专业的全固态锂电池生产企业，实现全固态锂电池的产业化。

        3、研制的高性能铁电压电陶瓷材料，其成果已在广东风华公司和深圳宇阳公司等片式元件产业化基地实现了成果转化，取得了显著经济与社会效益。

        4、利用介电常数系列化的高品质因数微波介质陶瓷材料，据此开发的GPS天线介质基板和材料已在同方鲁颖电子公司实现成果转化，形成年产2000万片微波22陶瓷天线基板的生产规模，已成为国内最大的车用导航微波天线基板生产厂家。

        先进材料团队

        973计划：2

        国家科学自然基金：331

        技术发明奖：3项

        科技进步奖：3项

        自然科学奖：5项

        专利总数：1019

        1、清华大学材料学院再生医学与仿生材料研究所与岛津企业管理（中国）有限公司的合作示范项目在清华大学逸夫楼隆重揭牌。当前的合作方向是：基于“矿化胶原仿生骨材料的开发及骨组织再生修复研究”的Micro-CT应用。

        2、强力巨彩与清华大学签订科研合作意向协议,与清华大学材料学院签订了《高亮度LED显示模组直接封装技术与开发》。旨在通过“资源共享、优势互补、合作攻关、协同创新”，致力于LED产业前沿技术研究，促进科技成果转化及产业融合创新。

        先进成形制造团队

        国家科学自然基金：49

        国家自然科学奖：2项

        国家科技进步奖：1

        国家技术发明奖：1

        专利总数：231项

        18年3月，柳百成院士团队在福建省长泰县设立大通互惠集团有限公司“柳百成院士专家工作站”。

材料学院各团队最新研究进展及成果简介

        新型陶瓷与精细工艺团队（4项）

        1、人工非线性光学材料

        成果简介：近日，清华大学材料学院周济教授课题组在物理学顶级期刊《物理评论快报》（PhysicalReviewLetters）上发表题为“由电磁耦合超构分子产生的人工非性”（ArtificialNonlinearityGeneratedfromElectromagneticCouplingMeta-molecule）的研究成果。该成果基于经典电磁学理论，利用超构材料思想，提出了一种全新的人工光学非线性材料。

        光学非线性是一种强光与物质相互作用产生的普遍性的物理效应，已在激光技术、光通讯和光信息技术等颠覆性技术领域发挥了至关重要的作用。然而，由于缺乏描述自然非线性过程的清晰物理图像，非线性光学材料的探索长期处于定性或半定量阶段。实现一种可精确预测和精准设计的人工光学非线性材料，成为一个极具挑战且富有前景的课题。

        成果中提出的人工材料基于一个巧妙设计的人工超构分子（metamolecule）内部电场和磁场的耦合，打破了材料物理环境的空间对称性，从而实现了人工设计的光学非线性。其非线性完全源于人工超构分子，而无需自然光学非线性材料参与，因此可以通过改变人工结构，对所产生的光学非线性进行精确的设计和调控。这一全新的人工理论，使得光学非线性具有了前所未有的设计自由度，将极大的促进新一代光源及光信息技术的快速发展。

        应用领域：非线性光学透镜和非线性全息等新技术领域。

        2、高储能密度无铅反铁电陶瓷材料

        成果简介：储能材料与器件是近年来功能材料领域的研究热点，其中具有高储能密度和高可靠性的电介质储能材料在高能脉冲功率技术等领域有着几乎不可替代的应用。具有双电滞回线特征的反铁电储能材料一直备受关注，但过去的研究主要集中在锆钛酸铅(Pb(Zr,Ti)O3)体系。基于在铌酸盐基无铅压电陶瓷研究方面的长期工作，李敬锋教授课题组对铌酸银（AgNbO3）的反铁电性及其储能特性开展研究，发现Ta掺杂可以调控AgNbO3的相变，显著提升介电击穿强度和反铁电性，其最大可释放储能密度达到4.2J/cm3，比纯AgNbO3提升了260%，且在20-120℃内可释放储能密度的变化幅度维持在±5%以内。

        3、高抗张无卤阻燃硅橡胶

        成果简介：本项目研发而成的该产品除具有较好的物理机械性能，拉伸强度可以高达10MPa。阻燃性可达到国家标准GB/T13488-92所规定的FV-0级。燃烧后的烟气：低烟、无卤、无磷氮、无重金属、无毒、无害，安全级别达到高分子材料的最高安全级别ZA1级，对人不会造成二次伤害。使用温度：－70℃～200℃；环保标准：RoHS。

        技术特点：具有很强的阻燃性，胶料可任意着色。应用领域：该产品适用于制造具有阻燃性和绝缘性的电子、电气制品，如电视机中的高压帽，显像管楔子等。

        本项目专利情况：申请中。

        合作方式：专利转让、专利许可、其他形式。

        4、陶瓷化硅橡胶

        成果简介：瓷化硅橡胶拉伸强度可以达到9MPa。在遇到明火时，可以在600~1000℃转化为无机的陶瓷材料，这种聚合物陶瓷材料具备了陶瓷的绝缘、隔热、隔火、隔水、抗震、热失重小等优点：在遭遇火灾情况下能够把绝缘层转化成坚硬的陶瓷体，从而起到很好的阻燃、耐火、防火、隔火的作用。

        技术特点：

        1、本产品瓷化硅橡胶拉伸强度大，可达9MPa；

        2、燃烧后的烟气：低烟、无卤、无磷氮、无重金属、无毒、无害，烟气毒性安全级别达到高分子材料的最高安全级别ZA1级；

        3、胶料可以任意着色，使用温度：－70℃～200℃，环保标准：RoHS。

        应用领域：主要用于生产高、中、低压耐火电线电缆。本项目专利情况：申请中；合作方式：专利转让、专利许可、其他形式。

先进材料团队（4项）

        5、CeO2基NH3-SCR脱硝催化剂及纳米CeO2制备技术

        成果简介：NH3-SCR技术是固定源和移动源脱硝最有效的手段，目前商业V2O5-WO3-TiO2催化剂存在着钒组分有毒的问题，催化剂后处理代价较高，项目研发的CeO2固体酸催化剂具有类似的脱硝性能，而且低温活性更好，具有无钒无毒的特点。通过制备具有核壳结构的CeO2固体酸催化剂，可以有效提高催化剂的抗硫中毒性能和水热稳定性。

        技术特点：ZP/CZ脱硝催化剂的水热稳定性、抗碱/硫中毒性能；ZP/CZ催化剂表面的NH3-SCR反应机理；硝酸铵在催化剂表面的催化分解是催化剂具有高活性的关键。

        应用领域：火电厂、钢铁厂、玻璃厂、垃圾焚烧炉、船舶锅炉的废气脱硝。

        本项目专利情况：国内发明专利：一种CeO2基SCR催化剂及其制备方法.201410368155.0。

        合作方式：专利转让、专利许可、其他形式。

        6、石墨烯基多孔碳材料及其在超级电容器中应用技术

        成果简介：碳材料是超级电容器应用的主要电极材料，其主要缺点在于能量密度较低，而且密度低，从而最终导致器件的体积能量密度低。用于超级电容器的电极材料不仅要求比表面积大，而且要有合适的孔径分布。项目团队开发得到一种具有高体积能量密度石墨烯基多孔碳材料及其制备方法，可得到高密度石墨烯基多孔碳材料，从而实现器件层面上体积能量密度的提升。

        技术特点：

        （1）密度大：0.6~1.6g/cm3；

        （2）具有多孔结构：比表面积达到300~1100m2/g；

        （3）高的体积比电容：水系电解液下最高可达到350-400F/cm3；

        （4）高导电率以及高的机械强度；

        （5）制备方法简便、成本较低且易于放大、材料结构易于调控等优点。

        应用领域：超级电容器，拓展超级电容器在消费电子、通讯、医疗器械、国防、军事装备、交通等领域的应用，特别是在电动汽车和混合电动汽车、可再生能源发电系统/分布式电力系统、变频驱动系统的能量缓冲器，具有广阔的市场前景。

        本项目专利情况：

        国际专利：

        （1）HIGH-DENSITYHIGH-RIGIDITYGRAPHENEPOROUSCARBONMATERIALANDPREPARATIONMETHODANDAPPLICATIONTHEREOF，13823871.2

        国内发明专利：

        （1）高密度高硬度石墨烯多孔炭材料及其制备方法和应用，201210255166.9

        （2）石墨烯基三维宏观体及其制备方法与应用，201510843582.4

        （3）石墨烯基复合材料的制备方法，201310283526.0

        （4）石墨烯基复合电极材料及其制备方法，201510642057.6

        合作方式：专利转让、专利许可、其他形式。

        7、新型可商用化钠离子电池碳负极材料以及电池应用技术

        成果简介：钠离子电池经历了数十年的研究，但是至今仍未实现产业化突破，主要原因之一是缺少可满足商用化性能和成本需求的碳负极材料。项目团队以特定的商业化硬碳材料为基础，通过表面改性和结构控制，获得具有产业化能力和高性能特点的新型负极材料，首次库伦效率显著提升、比容量较高且循环稳定性优异。目前，已经形成了完整的硬碳材料制备、结构调控和表面改性工艺，具有较大的商业化前景。

        技术特点：

        （1）以商用碳材料为基础，通过易于量产的改性方法，即可获得容量大于260mAh/g，首次效率大于85%和长循环寿命的钠离子电池负极材料；        

        （2）通过复合等工艺可获得新型钠离子电池碳基复合材料，容量大于500mAh/g。应用领域：钠离子电池，大规模储能系统，例如新能源存储、储能电站、智能电网、电动交通工具等领域。

        本项目专利情况

        国内发明专利：

        （1）钠离子电池电极材料、电极及电池，201510999992.8

        （2）钠离子电池电极材料、其制备方法及电池，201510991631.9

        合作方式：专利转让、专利许可、其他形式。

        8、石墨烯的低成本规模制备及导电添加剂应用技术

        成果简介：本项目提出了基于氧化石墨低温化学解理的石墨烯制备技术，可以实现氧化石墨在较低温度下的完全解理，解理温度从1100℃降低到200~300℃，获得缺陷较少、质量较高的石墨烯粉体材料，并后续开发出实用化的缺陷修复技术，实现了石墨烯品质的进一步提升。团队也在国际上首次提出了石墨烯的导电剂应用，利用石墨烯“至柔至薄”的结构和高导电性的特点，针对不同正、负极材料开发了实用化的石墨烯导电剂分散和应用解决方案，已经形成了从材料到应用的完整技术体系，并已得到中试验证。

        技术特点：

        （1）目前已形成完整技术体系，可实现石墨烯材料性质的优化和均一性的提高，石墨烯粉体材料比表面积可达300~800m2/g并可调控；

        （2）工艺技术具有“三低一高”的特点，即原料成本低、工艺能耗低、片层缺陷低、产品质量高；

        （3）以软包电池为研究体系，对不同材料提出了有针对性的导电剂应用解决方案。应用领域：石墨烯材料储能、催化、导热以及复合材料等领域都具有广阔应用空间，本项目所获得石墨烯产品也可以应用于上述领域。针对储能应用，本项目开发的石墨烯导电剂应用技术可以实现在极少石墨烯添加量（<1%）的情况下，显著提高现有电池体系的能量密度和倍率性能，在动力和储能型电池中都具有很强的应用优势。

        本项目专利情况：

        国内发明专利：8项

        合作方式：专利转让、专利许可、其他形式。

先进成形制造团队（2项）

        9、用超快激光制备出最黑人工金属表面

        成果简介：6月30日，清华大学材料学院钟敏霖教授课题组在美国化学学会刊物《ACS纳米》（ACSNano）期刊（影响因子13.942）在线发表了题为“金属表面微纳米结构双级调控实现极低反射率的通用方法”（AGeneralStrategyTowardsDual-ScaleControlledMetallicMicro-NanoHybridStructureswithUltralowReflectance）的研究成果。该成果提出了一种基于超快激光脉冲注入调控的金属表面微米-纳米双尺度复合结构双级调控制备新方法，通过对超快激光加工过程中脉冲注入数量和注入方式的灵巧控制，实现了对微米尺度结构和纳米尺度结构的分别有效调控，从而可以同时发挥微米尺度结构的几何陷光效应和纳米尺度结构的等效介质效应，最终达到优异的高效抗反射性能。这是利用超快激光在可控微纳米制备方面取得的最新研究进展。该方法对于铜（Cu）、钛（Ti）、钨（W）等多种金属均有效，可在其表面分别获得1.4%，0.29%，2.5%的已知最低金属表面反射率，是一种在金属表面可控构建微纳米复合功能结构的通用方法。

        10、多功能石墨烯宏观组装体方面取得新进展

        成果简介：2018年7月3日，清华大学材料学院朱宏伟教授课题组在《先进材料》（AdvancedMaterials）上发表题为《基于仿生矿化过程合成可再造型、自修复的多功能石墨烯复合材料》（SyntheticMultifunctionalGrapheneCompositeswithReshapingandSelf-HealingFeaturesviaaFacileBiomineralization-InspiredProcess）的研究论文。该论文提出了一种室温下快速合成多功能石墨烯宏观组装体的方法。通过调节水分含量调控石墨烯组装体的软硬状态，实现反复造型功能及可回收性，有望用于石墨烯材料的多维多尺度快速加工与成形。

        石墨烯是一种具有优异力学、电学、热学和光学性能的二维碳材料。石墨烯的高效制备及宏观组装对其规模应用具有重要意义。目前，石墨烯宏观组装体的常规制备方法需要严格的反应条件，且一旦成形后，不可再被重塑或回收。因此，在需要复杂形状石墨烯结构与器件的应用场合，可任意塑性的石墨烯宏观体尤为重要。

        为解决上述问题，朱宏伟教授课题组将具有丰富官能团的氧化石墨烯加入仿生矿化凝胶体系，形成氧化石墨烯、无定形碳酸钙纳米粒子、聚丙烯酸交联网络结构（图1）。该复合材料在湿润状态下具有柔性、延展性及可拉伸性，可实现复杂造型。在干燥条件下保持原有造型，具有高强度、韧性及硬度。通过水分控制实现了两种状态的可逆转变。此外，该复合材料具有极佳的重塑性和自愈合能力，可进一步修饰或加工以满足各种特定的应用需求（如能源储存、促动器、传感器）。该方法具有简便、高效、低成本等特点，可推广至其它材料的灵活组装。

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