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兰州理工大学凝聚态物理研究所是2004年9月建立的校属研究机构，现有“凝聚态物理”一个硕士点，共有教师7名，其中教授4名，副教授5名，讲师2名，本所先后承担了国家863项目、国家省自然科学基金项目、甘肃省自然科学基金项目、甘肃省科技攻关项目、机械部自然科学基金项目，甘肃省自然科学基金项目、甘肃省科技攻关项目及横向课题若干项，近年来在国内外发表论文200余篇，其中SCI、EI杂志论文60余篇。本研究所主要致力于以下方向的研究：
1．碳纳米管及其改性复合材料的制备、性质及应用研究
随着CNT 制备方法的成熟，其产量将不断提高，成本持续下降，CNT 复合材料研究已成为材料界又一新的热点。高分子聚合物材料一般具有力学强度低、热稳定性差以及电导率和热导率很低的缺点，CNT与聚合物复合可极大地改善聚合物复合材料的导电性能，CNT改性的导电聚合物复合材料具有类似于金属的良好导电和导热性能，同时亦具有类似于高分子材料的优异的力学性能和加工友好性。
从目前的应用研究现状来看，CNT在基体中的定向有序排列、均匀分散及其与基体的界面结合是影响CNT复合材料性能的关键因素。通过机械搅拌、超声振荡并采用原位聚合法和液相聚合法等合成复合材料的方法可以克服CNT的团聚，促进其有效均匀分散在基体中；通过对CNT表面修饰可以提高CNT与聚合物分子的界面结合。然而，CNT在复合材料中有序定向排列是目前一个挑战性的工作，它限制了CNT在复合材料中的增强和改性作用。另外，碳纳米管的重新定向排列是制约其广泛应用于高性能复合材料、制备纳米电子器件、有机太阳能电池、基准网格、场发射式冷阴极电子枪、场发射式显示器、探针及纳米传感器等领域的瓶颈。虽然化学气相沉积法（CVD）和其它方法在合成CNT过程中可以实现CNT的定向生长，得到CNT阵列，然而合成的碳管缺陷（包括结构缺陷、拓扑缺陷和化学缺陷）和杂质（包括各种无定形碳和催化剂碳化物杂质）较多，而在提纯时往往破坏其有序排列，同时，在合成碳纳米管改性复合材料时，由于需要将碳纳米管分散在基体中，必然也会改变其取向性，对碳纳米管的重新定向排列是不可避免的，它是CNT复合材料研究领域的重点和难点问题。
本组实验研究表明，高分子复合材料的电导率不是随纳米碳管体积分数成正比地增加，而是当纳米碳管的体积分数增大到某一临界值时，其电导率突然增加几个数量级，此后，电导率随纳米碳管体积分数的增加而急剧增加，即。式中为复合材料的电导率，分别为纳米碳管的体积分数和相应的临界值（称为渗流阈值），A与基体材料和CNT的电导率有关，与CNT的长径比和定向度有关（通常为1.5-3），这种现象称为电导率低突增效应（也称为渗流效应），相应的纳米碳管体积分数的临界值称为渗流阈值。渗流阈值与纳米碳管的长径比、结构、定向度等存在密切的联系。本研究小组用反复机械拉伸法制备纳米碳管在聚合物中定向排列的复合材料，研究表明，在PMMA和E51中加入3 wt．%的纳米碳管，就可以使复合材料的电导率比纯聚合物分别提高8和9个数量级，电导率沿纳米碳管排列方向比垂直于纳米碳管排列方向高3～4个数量级。且渗流阈值在纳米碳管排列方向比垂直于纳米碳管排列方向低许多。该现象无法用传统的复合材料理论进行解释，本课题组用有效介质理论对Bruggeman模型和Maxwell-Garnett模型进行修正，考虑CNT的含量、电导率、长径比、排列取向度等因素模拟CNT改性复合材料的结构和性能，得出与实验结果基本吻合的结论。
CNT在复合材料中的重新定向排列能有效提高聚合物复合材料的抗拉、抗压、抗弯强度，改善其热稳定性，提高热固性塑料的延伸率，克服其易碎、易裂的缺点，大大提高塑料基复合材料的电导率，防止其静电积累，拓宽了塑料的应用领域。
在该研究方向，已经在《Materials Letter》，《Composite Science and Technology》，《Bulletin of Materials Science》，《新型炭材料》等高影响因子的SCI，EI源杂志上发表论文10篇，正在主持完成国家自然科学基金面上项目。
2．富勒烯及其衍生物的制备、性质及应用研究
C60及其衍生物在催化、超导、磁性、发光等诸多方面表现出一些独特的性能和潜在的应用前景。提高C60的产率并合成出各种具有独特性能的C60衍生物，并研究其结构和物性始终是科学界的研究热点。C60的合成方法可分为电弧蒸发石墨法和激光蒸发石墨法，其中激光蒸发石墨法因产率低，设备昂贵，是早期研究所用的方法，电弧蒸发石墨法又分为交流电弧法和直流电弧法，交流电弧法产率一般为1-10%，直流电弧法又分为阴极电弧和阳极电弧法，阳极电弧法具有弧区温度高，易于断裂石墨层中的共价键，利于C60的合成，我们采用阳极弧等离子体蒸发石墨法，选择氦气作为缓冲气体，发现在最佳工艺条件（气压150乇，弧电流70安培）下，使C60的产率达到21 %。
C60分子本身是不导电的绝缘体，但当C60分子与碱金属键合或碱金属嵌入C60分子之间的空隙后，由于碱金属与C60的相互作用，会使碱金属的最外层电子形成一个导电带，从而使其具有导电性能。由于C60分子笼体较大，可以包覆其他原子或纳米粒子，以充分利用其独特的催化性能，目前已经有数十种原子被包覆进C60笼体中，本组利用原位合成法制备了富勒烯的内修饰衍生物La@C60，对其性质进行了研究，发现La以中性原子态被包覆在C60中心，没有引起C60笼的变形、膨胀或缩小。许多研究小组认为被包覆的原子多以离子形态存在，从而引起碳笼的膨胀或收缩。制备了C60的掺Si膜，研究了其电学性质，发现了其半导体行为。发现C60膜具有较金、铜、铝等金属膜更高的二次电子发射本领，发现C60膜可以用于制备高对比度、高分辨率的基准网格。
C60分子本身具有较高的电子亲和力，C60作为一种特殊的功能基团可以引入高分子的主链或侧链，又可以与高分子材料共混。如多羟基C60衍生物可作为具有三维空间伸长的聚合材料的中间体，把不同聚合物与C60上的羟基相接合，可制成具有不同物理化学性质的叶脉状高分子材料。将富勒醇与导电聚合物共混，可以制成高效率的有机太阳能电池。
C60衍生物的生物活性也是当前富勒烯研究的一个热点。Friedman等从理论和实验上都证明了某些水溶性C60衍生物对人体免疫缺损病毒蛋白酶HIVP有抑制作用。富勒醇的水溶液可降低血液中自由基浓度而抑制细胞畸变，还能清除由黄嘌呤和黄质氧化酶产生的超氧阴离子自由基。Sun等制成了高水溶性C60聚合物，也具有光动力活性，用水溶性C60衍生物制成了类似生物膜的人造类脂膜；本组高效、简便地合成了C60的外修饰衍生物C60Br24及水溶性富勒醇C60（OH）n，并研究了它们的波谱性质。发现富勒醇中羟基数达28-32之间，具有较高的水溶解度。用过量的溴与C60在常温常压下反应制备了C60Br24C60的溴化物，溴原子数是24，而不是国外文献报道的C60Br8、C60Br12、C60Br24等溴化物混和物。
本课题组正在将富勒醇掺杂在导电共轭聚合物中，设计太阳能电池的结构。以功函数更高的金属网格代替现在广泛使用的ITO为阳极，以低功函数的金属膜为阴极，以PPV、PTH和CuPC及其衍生物等为P型材料，以富勒烯及其衍生物为N型材料，制备有机太阳能电池，提高其光电转换效率。
将富勒醇等衍生物掺杂在氧化钛、氧化锌等纳米材料中，提高其光降解和光催化效率。
在该研究方向，已经在《Microelectronic engineering》，《SPIE》，《功能材料》等高影响因子的SCI，EI源杂志上发表论文5篇，已经主持完成甘肃省自然科学基金项目、兰州理工大学优秀青年教师基金、校基金等3项。
3．高亮度、高分辨率基准网格的研究
本研究方向是目前和今后纳米器件研究领域亟待研究的热点及前沿课题。空间相锁定扫描电子束蚀刻技术是美国麻省理工学院正在研发一种国际上首创的具有纳米尺度位置精度的蚀刻技术。目前国内尚未开展该技术的研究工作，研究内容和结果将对纳米器件和超大规模集成电路制造等具有极其重要的应用价值和市场前景。戴剑锋在麻省理工学院访问研究期间在此方面做了一定的研究，在理论和方法上都具有创新性。主要进行下列研究：
（1）研究基准网格材料的二次电子发射本领。空间相锁定的扫描电子束蚀刻技术中采用的参考信号是二次电子信号，现有的各种薄膜的二次电子发射本领的测量数据不齐全，差异大。通过研究Al、Ni、Cu、Cr等金属和富勒烯C60、富勒醇等多种薄膜材料的二次电子发射本领，优选用于基准网格制造的薄膜材料，该工作也是对薄膜材料二次电子发射本领数据库的补充。
（2）基准网格的结构设计和选材。主要包括以下内容：①确定基准网格的厚度及光栅常数，探索出二次电子发射本领与基准网格的膜厚度的关系。②基准网格的选材。③基准网格结构设计。
（3）优化二次电子测量中信号处理的算法。用常见的内置二次电子探测器的扫描电子显微镜测量材料薄膜的二次电子发射本领，优化二次电子测量中信号处理的算法，提高参考信号的信噪比。
（4）基准网格的制造工艺和制作。主要包括以下内容：①研究各种膜的加工友好性和工艺的相容性。②成膜方法选择。③感光材料和显影材料的选择。④基准网格的蚀刻工艺选择。
在该研究方向，已经在《J Vacuum Sci and Tech》，《Materials Science Forum》，《纳米技术与精密工程》，《人工晶体学报》等高影响因子的SCI，EI源杂志上发表论文4篇，正在完成甘肃省教育厅研究生导师基金项目、兰州理工大学校基金等项目。
4．纳米自清洁玻璃的制备及应用研究
纳米自清洁玻璃是在普通玻璃表面镀一层纳米级TiO2薄膜，该镀膜不可剥落、也不能被玻璃清洁剂破坏掉。它通过吸收阳光的能量产生清洁功能。纳米自清洁玻璃有三种功能：l）能分解、清除掉尘土和其它有机污；2）能有效降解空气中NO、SO2等有害气体，从而起到净化空气、保障健康的功效；3）能有效降解空气中微量有毒有机物、细菌、病毒。自清洁玻璃可以制作高层建筑的墙外玻璃、汽车挡风玻璃、汽车反光镜玻璃、玻璃幕墙、灯罩广告、橱窗及家用橱窗等等。还可以用在陶瓷、搪瓷、办公用品、家具、玩具和医用物品上，是一种真正意义上的生态环保材料。我们采用溶胶凝胶-热解喷涂法，通过配制溶胶—热解喷涂—热处理过程，在浮法玻璃生产过程中镀制纳米TiO2薄膜。主要研究溶胶的配制、热解喷涂工艺、成膜条件、热处理工艺、工艺条件对薄膜质量的影响。本所现承担横向课题“纳米自清洁玻璃的技术开发与研制”，现已取得阶段性成果。
5．太阳能高效聚焦技术和热转换效率研究
太阳能热推进（STP）是一项新概念、新技术，其系统主要由太阳能聚光器、吸收器/推力室、工质贮存与供应系统组成，利用聚集的太阳辐射能直接加热轻质量的推进工质，膨胀后通过喷管喷出而产生推力。STP使用取之不尽、经济清洁的太阳辐射能，可以大大减少对空间的污染。它不需光电转换、能量管理系统，因此结构相对简单，太阳能利用率较高。它具有高比冲和范围宽阔适中的推力特点。因此，STP是空间推进技术发展的一个极具吸引力和充满前景的新方向。本研究方向主要进行太阳能热转换方法研究，太阳能热转换物理模型和数值模拟分析研究，太阳能高效聚焦技术方案和高效聚光镜技术计算分析研究。
该研究方向是新近与航空航天研究院510研究所合作完成的国家863研究项目，前期的研究已经取得了一些成果，目前，国际上尚处于前期概念研究，具有非常重要和广阔的前景。
6．高温超导、巨磁电阻、磁性、铁电、多铁性等强关联功能材料的研究
多年来一直从事强关联新型功能材料的研究，涉及高温超导、巨磁电阻、铁磁、铁电、多铁性等多个相关领域，在材料制备、晶体结构、电子结构及物性研究等方面具有一定的实践经验和理论背景，取得了许多有意义的研究成果。最近，在铁磁/铁电复合材料的制备及表征方面取得了一些进展。铁磁/铁电复合材料不仅具有单一材料的铁磁、铁电等各种性能，而且由于铁性的耦合协同作用，还会产生新的磁电效应，使其在多态信息储存器、新型记忆介质等方面具有巨大的应用前景。随着信息技术的不断发展，器件的小型化、多功能化，单一性能的材料难以担负制备新一代器件的重任，开发研究集电性与磁性于一身的多功能材料已成为当今材料领域的研究热点，受到了世界各国的高度重视。由于铁磁性和铁电性共存，磁电多铁性材料同时具有自发磁化和自发极化，在外加磁场和外加电场的作用下，磁化和极化的方向可以改变；而且，磁化和极化之间还可能存在某种耦合作用——磁电效应（magnetoelectric effect），这种磁电多功能材料在多态信息储存器件（数据可以以磁化强度和电极化强度两种形式储存）、新型记忆介质（利用电场实现信息写入过程，利用磁头实现读出过程，两者结合有望将目前的存储器件速度再提高一个数量级以上）等领域具有巨大的应用前景。除了应用方面的巨大潜力，多铁性材料由于磁、电的自旋-晶格耦合而具有丰富的物理内涵，这也使其吸引了众多科研工作者的极大关注。同时我们开展了包括多铁性材料在内的多种纳米强关联功能材料的制备及相关物性研究，掌握了制备不同粒度纳米粉体和制备核/壳结构纳米复合粉体的关键技术，已有研究成果发表（H．Yang et al，Materials Letters 63 （2009）655），并正在申请相关专利。
自2005年以来，作为主要作者在《Superconductor Science and Technology》、《Applied Physics Letters》、《Physical Review B》、《Journal of Applied Physics》、《Journal of the American Chemical Society》、《Nanotechnology》等著名国际SCI刊物上发表学术论文30余篇。主要研究项目：1．兰州理工大学博士基金（SB10200701）：纳米巨磁电阻（CMR）材料的制备及其表征（主持人）2．甘肃省有色金属新材料重点实验室开放基金课题（SKL07003）：纳米多铁性材料的制备及物性的研究（主持人）3．甘肃省教育厅科研项目（0703B-1）：庞磁电阻材料纳米粉体可控制备的研究（主持人）。
7．高温超导材料结构与物性方面的研究
1986年，缪勒和伯德奴斯发现钡镧铜氧化物的临界温度达到30K。他们因此获得1987年诺贝尔物理学奖。之后，科学家相继发现了许多高温超导物质。现在高温超导体的临界温度已达到130K左右，为人类挖掘超导电性所隐藏的宝藏开辟了广阔的前景。我们用变温X 射线衍射仪、扫描量热分析仪和热重分析仪对精心制作的超导样品从室温到熔点温度进行了分析．该方向现已取得一定成果，部分论文现已发表，期待以后会取得更大的进步。
8．纳米镍粉的制备、性能表征和应用研究
纳米镍粉有军事用途和民事用途。民用方面主要在计算机产业。把超细镍粉材及玻璃粉末分散在有机溶剂中制成导电胶，把这种导电胶通过印刷网版印刷到陶瓷基片上，导电胶作为电子线路元件之间的导体，用纳米镍粉要比用其他材料便宜得很多。
纳米镍粉在活化烧结中也有应用，只不过成本较高。还可以应用于原子能工业、电子工业、发酵及医疗等行业，并可作为金属、玻璃、陶瓷等的焊接材料。把纳米的镍粉和铜粉混合到纤维原液中，喷出0.1mm的丝，经纺织后可作为寒冷地带的保温服，这已经有一定量的应用。在其他方面，纳米镍粉还可应用在阴极射线管的吸气剂，颜料和涂层，金刚石切割工具的胎体粉，磁性材料，电子元件方面等等。
该方向承担了甘肃省科技攻关项目“等离子体制备纳米镍粉体材料技术及设备”（2003年已通过甘肃省科技厅组织的科技成果鉴定，成果为国内先进）等课题，《稀有金属与工程材料》，《中国有色金属学报》等核心期刊上发表论文多篇，SCI、EI收录10余篇。
地址：兰州市兰工坪路287号 兰州理工大学凝聚态物理研究所 联系人：戴剑锋
电话：（0931）0931-2973780 E-mail：daijf@lut．cn
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