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    新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室(清华大学)
    发布日期:2014-06-27 来源: 作者:阅读:946次

    1简要概况

    新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室依托清华大学,实验室属于国家教育部系统唯一的从事高性能陶瓷材料领域科学研究与人才培养工作的国家重点实验室。本实验室的前身-清华大学无机非金属材料学科于1987年被评为重点学科;1988年列为世行贷款重点学科发展项目,1991年开始建设“新型陶瓷与精细工艺”国家重点实验室,于1995年通过国家验收对外开放。实验室依托在清华大学,位于逸夫技术科学馆二段内。

    新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室概况

    新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室致力于发展新型陶瓷科学与技术,开拓新型材料领域的学科前沿。该实验室的前身-清华大学无机非金属材料学科于1987年被评为重点学科,1988年列为世行贷款重点学科发展项目,1991年开始建设“新型陶瓷与精细工艺”国家重点实验室,于1995年通过国家验收正式对外开放。现任实验室主任为潘伟教授,学术委员会主任为中国工程院院士李龙土教授。

    多年来,实验室紧紧围绕陶瓷新材料领域的科学发展前沿、国民经发展中的重大需求和国家重点科研任务深入开展新型陶瓷材料与精细制备工艺技术的基础和应用基础研究,取得一系列开创性、独具特色的科研成果,研制成功一系列在国内外有重大影响的陶瓷新材料和新技术。该实验室在透明氧化铝陶瓷与高压钠灯、复合氮化硅陶瓷刀具、高性能铁电压电陶瓷及低烧技术、陶瓷胶态成型新工艺、高性能低温烧结软磁铁氧体、纳米骨修复材料以及复合材料的结构与性能关联等方面取得了多项重大成果,先后获得全国科学大会奖、国家技术发明奖和国家自然科学奖等国家级科技奖励。通过十几年来的建设和发展,实验室已逐步建成为我国在新型陶瓷材料与精细制备工艺,特别是信息功能陶瓷材料、高性能结构陶瓷材料以及陶瓷基复合材料等领域的重要科学研究与人才培养基地。目前,实验室的主要研究方向包括: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。

    实验室建设以来,承担完成了包括国家“九七三”重大基础研究项目、“八六三”计划高技术项目、国家自然科学基金重大重点项目等在内的国家级科研项目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,其中国家自然科学二等奖2项,国家技术发明二等奖5项,国家科技进步二等奖2项;发表SCI收录论文1500余篇,获国内外授权专利150余项。

    目前实验室拥有一支学术水平高、教学和科研经验丰富的固定科研人才队伍。实验室现有研究人员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。研究人员队伍中具有博士学位者35人,其中国家杰出青年基金获得者11人,长江学者特聘教授5人,教育部新世纪人才计划入选者5人,“北京市科技新星”获得者3人。实验室功能陶瓷团队分别于2005年和2006年入选国家教育部创新研究团队和国家自然科学基金委创新研究群体。

    实验室建设以来,根据“开放、流动、联合、竞争”的原则,始终如一地开展广泛的学术交流与合作,在国际上与美国、英国、瑞士、法国、德国、日本、澳大利亚、荷兰、葡萄牙、香港、台湾等国家和地区的大学、研究机构和公司有经常性的学术交流与科技合作项目,在国内与许多大学、科研机构和企业开展密切的学术交流和科技合作,实验室每年设立10余项开放课题,接收国内外客座研究人员来室开展研究工作。实验室研究人员每年应邀在国际材料领域的重要学术会议上做特邀报告10余人次,每年有多位研究人员赴国外著名学术机构和大学从事短期科学研究与访问和教学活动。这些活动大大促进了实验室与国际间的学术与科研交流,对于建设世界一流国家重点实验室发挥了重要作用。

    2学术团队

    现任实验室主任为潘伟教授,现任学术委员会主任由中国工程院院士李龙土教授担任,学术委员会委员有包括五位院士在内的16位材料科学与工程领域的专家和教授。实验室现有固定人员38人,其中院士1名,博士生导师11人,正高职称15人、副高职称16人,其它实验人员7人。并且其中杰出青年基金获得者6人,长江学者3人,新世纪优秀人才支持计划获得者2人,跨世纪人才4人,北京市科技新星计划获得者3人,霍英东青年教师基金获得者1人,清华大学百名引进人才2人,全国十大杰出青年1人。

    3研究领域

    新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室主要集中研究先进陶瓷新材料及其制备工艺和应用技术,属于应用基础研究类型的国家重点实验室。实验室紧紧围绕国民经济建设以及国防军工产业的重大需求,瞄准高性能陶瓷新材料领域的科学发展前沿,结合国家重点科研任务,开展基础和应用基础研究,为国家培养先进陶瓷材料领域的优秀人才。研究方向为以下五个主要方面: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。

    (1)信息功能陶瓷材料
    纳米晶陶瓷的制备、尺寸效应及其控制原理;高性能低温烧结软磁铁氧体材料及片式元器件;新一代高性能低成本多层陶瓷电容器材料及元器件;多元体系中准同型相界(MPB)组成的线性组合规律;新型压电材料与器件;高性能电子陶瓷基板及其元器件、流延法制备科学与技术;新型微波/毫米波介质材料;陶瓷基光子晶体与超常介质。
    (2)功能复合材料设计与新材料探索
    非均质材料显微结构与性能关联研究和多铁性复合材料;复合功能陶瓷中界面效应的物理机制及新材料研制;多铁性复合陶瓷薄膜的多场耦合效应;新型多铁性磁电复合材料的研制;新型复合固态电解质的研制。
    (3)高性能结构陶瓷
    高性能结构陶瓷材料方面主要围绕新型结构陶瓷的设计;陶瓷烧结工艺与材料性能可靠性;脆性材料断裂与破坏机理;极端环境下的陶瓷新材料探索;低导热陶瓷材料及其涂层;陶瓷材料的低成本、高性能制备技术;高性能结构陶瓷材料零部件的精加工技术以及透明陶瓷材料。
    (4)陶瓷材料先进制备工艺
    近净尺寸和高可靠性的陶瓷成型制备新工艺;胶态注射成型工艺;压力诱导辅助固化胶态注射成型和双组分陶瓷悬浮体的快速均匀混合与可控反应固化成型工艺;陶瓷水基瘠性料浆的注射成型技术;水脱脂注射成型技术;陶瓷悬浮体的快速均匀混合及可控固化成型工艺,无毒性高分子进行陶瓷原位凝固胶态成型;亚微米及纳米陶瓷粉体的表面改性技术;超声波辅助乳液聚合使陶瓷粉体表面改性工艺;不同表面活性剂对陶瓷表面改性;以及采用低温等离子体表面聚合技术使纳米陶瓷粉体表面改性技术;陶瓷精密注射成型水基萃取脱脂理论和技术;超临界萃取脱脂技术。
    (5)能源环境与生物材料
    染料敏化太阳能电池材料及其器件的研究;高比能高比功率锂离子正极材料;高性能热电化合物材料及其微器件;微晶二元胶凝材料清洁制备技术研究;微晶二元胶凝材料清洁制备技术。三维仿骨活性人工骨结构设计和制备;仿骨人工骨的成骨过程和成骨机制;基于微焦点X-CT的骨与人工骨的结构与成骨过程的无损评价方法;人工骨生物活性,诱导成骨和个体化设计的目标。

    4项目成果

    实验室在铁电压电陶瓷材料、结构陶瓷材料的增强增韧机理、陶瓷胶态成型技术、陶瓷基复合材料结构设计等基础研究方面,取得国际一流的科研成果。2003年到2007年间,获国家自然科学二等奖1项;国家科学技术发明二等奖2项;国家科技进步二等奖1项;中国专利优秀奖1项;教育部科技进步奖一等奖3项,基础类二等奖1项;中国电子协会电子信息科学技术奖二等奖1项;中国硅酸盐学会第五届青年科技1项;北京市科学技术二等奖4项;国际奖项4项。实验室在进行基础和应用基础研究的同时,十分注重科技成果的转化以及产业化工作。在新型陶瓷的制备技术,信息功能陶瓷元器件等领域成功进行了应用转化,产生了可观的经济效益,为国家和地方经济建设作出了贡献。利用陶瓷胶态成型新工艺成果建立了陶瓷胶态(注射)成型中试基地,研制成功具有自主知识产权的工艺装备,开发了造纸机全陶瓷脱水元件、高功率金红石陶瓷电容器、超大功率新型复合陶瓷臭氧发生器薄壁管、高性能陶瓷系列微珠等产品。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。在功能陶瓷领域进展显著,所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。高性能低烧多层陶瓷压电变压器及背光电源已在西安康鸿公司实现产业化,这一具有自主知识产权的创新性成果在国家有关部委及国家863计划的支持下,在西安建立了具有国际先进水平的片式压电陶瓷变压器和多层压电陶瓷驱动器的研发与产业化基地,对推动西部经济建设发挥了重要作用。本实验室还设精细陶瓷分室(在清华大学核研院),由邓长生教授兼分室主任。该室两次被评为一级实验室,也是北京高技术实验室。在开展生物陶瓷、纳米陶瓷、超细粉体、精细陶瓷及无损评价上取得出了明显成果,其中获得部级一、二、三等奖九项。建成了三个中试中心,包括超细粉体、精细陶瓷部件及生物陶瓷制品研究中心。还与美国企业建立了生物功能材料中心。实验室建设过程中,世界银行贷款120万美元,国内配套资金120万人民币。实验室建成后,科研经费呈现逐年持续快速增长,1997年465万元,2000年达到876万元,2002年达到2152万元,从1997年到2002年间累计获得科研经费达到6362万元。2003到2007年五年时间,累计科研经费超过8900万元,人均约234万元。实验室目前主要承担国家973、863、国家自然科学基金等国家部委重大、重点项目,以及国际合作和横向项目等。2003到2007年五年时间,实验室承担省部级以上科研项目140余项,其中“九七三”重大基础研究项目首席一项,二级子课题15项,国家自然科学基金60余项,国家“八六三”计划38项,国家支撑计划1项,教育部及其他部委项目20余项。另外还有国际合作、省市合作及横向协作等项目80余项。2003到2007年五年时间,累计发表SCI收录论文827篇(标注实验室),其中影响因子大于1的有416篇,最高影响因子9.107(Advanced Materials)。另外,五年来获批专利117项,年均超过20项。

    5设施环境

    实验室现有面积5000多平方米,有各种功能齐全、水平先进的工艺装备和实验仪器57台(套),总价值3880万余元。如多功能高温烧结炉、气压烧结炉、高温综合热分析仪、频谱和介温谱自动测试系统、电滞回线测试装置,高温力学测试机、高温显微镜和颗粒分布自动分析仪等。另外依托单位-材料系中心实验室拥有数十台具国际先进水平的各种近代仪器。

    6人才培养

    实验室现有在读研究生125余人,其中博士生78人。2003年至2007年博士生毕业78人,硕士生毕业125人,每年本科毕业生约30人。实验室是全国陶瓷专业培养研究生规模最大的单位,已初步形成本领域人才培养的重要基地。

    7交流合作

    实验室根据“开放、流动、联合、竞争”的原则,开展了较广泛的学术交流与合作,在国际上与美国、日本、澳大利亚、英国、瑞士、德国和韩国等国的一些大学、研究机构和公司有经常性的学术交流与科技合作项目,在国内与许多大学、科研机构和企业开展密切的学术交流和科技合作。实验室每年有10余项开放课题,接收国内外客座研究人员来室开展研究工作。