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1课题组简介

华中科技大学碳纳米材料课题组是由华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室、华中科技大学材料科学与工程学院共同资助建立的。实验室整体面积达334平方米，于2014年底正式建造完成。

课题组成员合影

课题组致力于碳纳米材料的结构设计及相应制备技术的研究与开发。结合化学气相沉积、等离子体处理、分散、镀膜、微结构处理等多种技术，可将一维、二维纳米材料如碳纳米管、石墨烯等，作为“BuildingBlock（积木）”，通过不同的结构搭建以优化其三维聚集体的宏观性能，最终获得一系列其他传统材料无法比拟的特性。最近，课题组已在黏附、传感器、能源转换、能源存储、复合材料等领域展示了结构设计在性能优化上的重要性，并将此概念推广至更多的应用领域。

2部分研究方向

（1）面向极端高低温的结构力学

与传统材料相比，纳米碳材料的C=C共价键提供了优越的机械性能、导电性、导热性和结构稳定性的独特组合，这使它们成为在极端环境下构建宏观框架的理想组件。纯纳米碳材料主要通过CVD和自组装技术生产，这些技术已经显示出各种独特的极端环境性能，如宽温度范围内的机械阳尼特性、高温下优异的比电导率和热变形抗力。这些特性有利于在航空航天、极地探索和其他极端高温和低温环境中的应用。

纳米碳基复合材料主要是通过材料熔融结合结构和化学改性来制备的。通过将纳米碳组件与基体材料结合起来，实现了耐高温、耐高压、耐腐蚀和耐辐射的众多实例，展示了纳米碳在复杂极端环境中的实际应用前景。课题组以碳纳米管，石墨烯等碳纳米材料作为基本结构单元，通过合理的结构设计制备具有优异机械性能，包括粘弹性，蠕变，粘附，拉伸的宏观碳纳米材料。

（2）面向宽温域的储能

在全球变暖的挑战和化石燃料的衰竭的双重形势下，诸如电池，超级电容器或纳米发电机等电化学能量储存以及能量转化装置正变得越来越重要。新材料和新结构是这一领域进步的关键。与传统电池和超级电容器材料相比，碳纳米材料具有极佳的离子传输和电子导电性。它们还可以占用颗粒体积中可用的所有插层位点，从而实现高比容量和快速离子扩散。这些特性使基于碳纳米材料的电极能够承受高电流，为高能量和高功率储能提供了一种有前途的锻决方案。

碳材料具有低成本、形式多样（粉未、纤维、气疑胶、复合材料、层状、管状当易加工性，相对惰性的电化学，可控的孔隙度和活性位点的优点。课题组致力于通过碳材料的结构设计以提高能源储存和转化的性能，特别是能源材料在极端条件下的应用，例如抗冲击能源材料及可在极端温度下运行的能源材。

（3）面向人体健康的诊疗一体化器件

诊疗一体化是一种将疾病的诊断和治疗有机结合的新型生物药技术，诊疗一体化器件的快速发展，改变了传统的医疗模式，由于诊疗一体化将诊断和治疗功能整合为一体，相比于单一的模式具有明显的优势。其可在患者精细化分类及个性化医疗、药物传递及实施药物反馈等方面拥有巨大的潜力。例如，测量各种与健康相关的体征，如身体运动、肌肉运动、脉博、心脏和呼吸速率、体温、皮肤和呼吸湿度、电生理信号（如心电图（ECG）、肌电图（EMG）、脑电图（EEG）、眼电图（OG）和胃电图（EGG）以及生化成分（如代谢物和电解质）），并对其信息进行处理后给出综合性治疗建议。

与其他候选材料相比，先进的碳纳米材料如碳纳米管（CNTs），石墨（包括化石（GO）和还原化石（rGO））和其他碳材料（如石墨，炭黑和天然生物材料行生的碳材料）具有导电性好、化学和热稳定性高、毒性低、易于功能化等独特优势，使其在诊疗一体化器件中具有巨大的应用潜力。

4样品展示

5团队负责人

徐鸣，1981年2月出生，工学博士，华中科技大学材料科学与工程学院教授，入选国家海外高层次人才青年项目（优先支持），湖北省杰出人才计划。主要从事碳纳米宏观有序体的制备及应用开发。2012年加入华中科技大学后创建“碳纳米材料研发实验室”，确立了面向实际应用所需，以性能为导向，以碳纳米材料为载体，从材料的结构设计和可控制备出发，开发有明确应用背景的新型有序碳基功能化材料及其复合材料，揭示其在苛刻环境中服役的关键科学问题，实现性能的颠覆性提升的研究思路。

徐鸣

在Science（2篇）、Nature Catalysis（1篇）、Nature Communications（2篇）等高水平杂志上发表SCI论文50余篇；授权专利21项（美国2项，日本1项，中国18项）；发展了可在-196~1000°C温度范围稳定服役的超级橡胶，可在-196~1033°C服役的碳基粘附材料，可在海洋环境中服役的碳基高灵敏度监测器及可在-60~-100°C服役的高性能碳基能量器件等系列原创成果：其中，-196~1000°C温度范围稳定服役的超级橡胶将现有橡胶材料的使用温度拓宽了上千度，获2011年第七届“饭岛赏”，是该奖项最年轻的获得者；所研发的“自供电式波浪监测及海啸硕敏装置”将水下压力探测精度提升一个数量级，获2019年日内瓦国际发明展最高奖项-评审团特别嘉许金奖。赴国际会议作邀请报告10余次。

主持国家自然项目3项，地区项目5项：自主开发“催化剂活化-碳管生长分离”技术，攻克宏量制备中因乱流严重、温度不均而导致的碳管结构不可控等难题，实现同批次碳管生产力3个数量级的提升，获批“超纯阵列式碳管可控生长及产业化团队”并任团队负责人（2017孔雀团队）。以首席主办者身份成功由办了美国材料学会（MRS）碳材料分会（2015年12月，2022年5月）：第二届先进功能材料大会（2018年11月）：第十一届亚洲纳米材料国际会议（2021）。

参考来源：华中科技大学碳纳米材料课题组

（中国粉体网编辑整理/昧光）

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