功能材料设计与模拟商丘市重点实验室简介
一、实验室基本情况
功能材料设计与模拟商丘市重点实验室始建于2016年5月，已经形成了一个学术水平较高、创新能力较强、结构合理、团结协作的科研创新团队。实验室已凝练和形成了等离子体物理与技术、纳米功能材料和介电材料与器件等稳定且各具特色的优势研究方向，并取得了一系列特色研究成果，为促进学校学科建设、科学研究、高层次人才培养、服务地方经济和社会发展等方面发挥了重要作用。
实验室现拥有数字化扫描电子显微镜、超高真空多功能磁控溅射系统、磁功能参数测量系统等大型仪器设备20余台套。先后承担了国家自然科学基金和省部级项目20余项；近五年来，实验室成员共发表SCI、EI论文50余篇，大部分研究工作发表于本领域国际知名学术期刊，多项研究成果获得河南省科技进步奖等科研奖项。
二、实验室负责人及团队
功能材料设计与模拟商丘市重点实验室负责人为李朋博士，河南省高校青年骨干教师，河南省教学标兵，河南省物理学会理事。主要从事等离子体/离子束材料表面改性研究，材料腐蚀领域国际知名期刊《Corrosion Science》和《Applied Surface Science》特邀通讯评审人。
近五年来，在Surface and Coatings Technology, Applied Surface Science, Materials Characterization, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B和Journal of Manufacturing Science and Engineering等材料表面改性领域国内外知名期刊发表学术论文30篇，其中SCI收录20余篇。先后参与国家自然科学基金面上项目、国家杰出青年科学基金项目、国家“863计划”项目(子课题)和国家“973计划”项目(首席科学家单位)等研究课题各1项。主持国家自然科学基金2项，省部级科研项目3项，厅级项目2项。获中国科协期刊优秀学术论文三等奖1项，获河南省自然科学优秀学术论文二等奖3项。
学术团队拥有教授3人，副教授4人，讲师10人。其中博士14人，硕士1人（参见表一）。学术团队职称学历结构合理、精诚团结。
表一、 学术队伍一览表
研究方向 |
姓名 |
性别 |
出生年月 |
学位 |
职称 |
等离子体 物理与技术 |
李朋 |
男 |
1980.01 |
博士 |
副教授 |
吴萍 |
女 |
1986.10 |
博士 |
讲师 |
尹乃强 |
男 |
1987.07 |
博士 |
讲师 |
郑传林 |
男 |
1965.01 |
博士 |
讲师 |
丁艳丽 |
女 |
1979.11 |
博士 |
讲师 |
王明泉 |
男 |
1956.08 |
学士 |
教授 |
纳米功能 材料 |
李立强 |
女 |
1985.02 |
博士 |
副教授 |
赵世华 |
男 |
1979.08 |
博士 |
副教授 |
杜雪莲 |
女 |
1979.09 |
博士 |
副教授 |
麻焕锋 |
男 |
1980.06 |
博士 |
讲师 |
杨同辉 |
男 |
1982.04 |
博士 |
讲师 |
李汝良 |
男 |
1956.10 |
学士 |
教授 |
介电材料与器件 |
刘亚强 |
男 |
1980.11 |
博士 |
讲师 |
张文星 |
男 |
1974.08 |
博士 |
讲师 |
李飚 |
男 |
1974.10 |
博士 |
讲师 |
周闪 |
男 |
1984.04 |
博士 |
讲师 |
徐树山 |
男 |
1962.03 |
硕士 |
教授 |
三、主要研究方向及内容
实验室主要围绕以下三个明确、稳定的研究方向开展科学研究工作，即等离子体物理与技术、纳米功能材料、介电材料与器件。
等离子体物理与技术研究方向主要是基于强流脉冲离子束技术，其可在瞬间实现材料表面高能量密度沉积，导致材料表面急剧加热和冷却，发生熔融、蒸发和烧蚀，形成严重的非平衡结构，同时在基体上产生高强度反冲冲量及冲击热应力，由此形成由表及里传输的冲击波，从而使材料的耐磨损、抗腐蚀等性能获得显著改善。该研究方向的李朋博士已在Surface and Coatings Technology、Applied Surface Science和 Materials Characterization等材料表面改性领域国内外主流期刊发表学术论文30篇，其中SCI收录20余篇。主持完成国家自然科学基金1项，省部级科研项目2项。主持在研国家自然科学基金项目1项。目前，该研究领域在省内处于领先地位，在国内同行中也具有一定的知名度。
纳米功能材料研究方向主要是面向当今航空航天和电子器件等领域发展的重大战略需求，针对新材料开发、工程应用和保护环境等领域的重要科学问题和关键技术开展研究，在纳米陶瓷材料和纳米阵列发光材料的组织结构和性能的研究等方面形成了自己的特色，并在国内外产生一定影响。本研究方向目前已形成了一整套纳米材料的制备和应用研究方法和研究体系，建立了一支水平较高、力量较强的学科梯队。近年来，该研究方向的李立强、赵世华博士等在Materials Research Bulletin、Powder Technology、Journal of Nanoscience and nanotechnology、J. Phys. D: Appl. Phys和Funct. Mater. Lett等材料领域的国际学术期刊发表科研论文近20篇。主持在研国家自然科学基金项目1项，并承担了省部级科研项目3项和教育厅科技项目多项，申请发明专利4项。荣获河南省自然科学优秀学术论文二等奖2项及商丘市自然科学优秀学术论文一等奖4项。目前该方向已经取得阶段性成果。
介电材料与器件研究方向以电气绝缘与工程电介质的设计、物性和应用为目标，以凝聚态物理理论和计算材料科学为基础，主要通过分子动力学和第一性原理计算的方法，对工程电介质材料的结构与物性进行数值模拟研究，为推进电介质材料行业的快速稳定发展提供重要的理论与技术支持。该研究方向的刘亚强博士等在J. Appl. Phys、Dielectr. Electr. Insul等国内外学术期刊发表科研论文20余篇。先后参与国家自然科学基金面上项目、国家“863计划”项目等研究课题多项，目前主持省教育厅科技项目和校级科研项目3项。荣获商丘市自然科学优秀学术论文一等奖2项。在学科建设和科研平台建设中发挥了重要作用。
四、实验室特色
本实验室是以等离子体技术为核心的材料制备、表征与改性实验室。等离子体技术是一种重要的材料表面改性技术，在提高材料的耐磨抗蚀性能方面具有独特的优势和潜力。金属蒸发真空弧(MEVVA)离子注入技术的强流和宽束特点。注入的金属离子与基体材料表面形成弥散分布的强化相和过饱和固溶体甚至非晶相，有效提高了材料的耐磨抗蚀性能。而金属离子高温注入以其特有的“离子注入＋同步扩散”的传导机制，使得离子注入深度显著增加，从而有望获得具有优良服役性能的工程表面。强流脉冲离子束(HIPIB)技术作为一种新型的材料表面改性技术，可在瞬间实现材料表面高能量密度沉积，导致材料表面急剧加热和冷却，发生熔融、蒸发和烧蚀，形成严重的非平衡结构，如各种缺陷密度的显著增加及纳米晶、非晶和第二相的出现等，同时在基体上产生高强度反冲冲量及冲击热应力，由此形成由表及里传输的冲击波，从而使材料的耐磨损、抗腐蚀等性能获得显著改善。
针对镁合金、钛合金、不锈钢耐磨抗蚀复合表面改性的难点问题，利用高温离子注入和大面积强流脉冲离子束技术，有望取代现有的工艺复杂、改性效率低和改性作用有限的表面改性技术。此外，利用等离子束辅助沉积技术合成无机非金属薄膜如羟基磷灰石HA、金刚石薄膜（Diamond）、类金刚石(DLC)、 C-N膜、TiO2 薄膜等，可得到与生物相容性好的、在医学领域有很大应用潜力的新材料。
实验室拥有JGP450型三靶共溅射磁控溅射台1台，LDJ-2B-F100-100型双离子束辅助溅射系统1套（北京埃德万斯离子束技术研究所），材料制备手段先进。材料分析测试设备齐全，拥有扫描电镜、金相显微镜、X-射线仪、摩擦磨损实验机和电化学工作站等，为科学研究的顺利开展提供了强有力的平台支撑。
五、主要科研项目与成果
本实验室成员先后承担了国家自然科学基金和省部级项目20余项；近五年来，实验室成员共发表SCI、EI论文50余篇，大部分研究工作发表于本领域国际知名学术期刊，多项研究成果获得河南省科技进步奖等科研奖项。
表二、 实验室成员近期承担的科研项目
序号 |
项目、课题名称 |
项目类别 |
起讫时间 |
承担人 |
经费 （万元） |
1 |
光热增强型Au纳米星/MoS2复合诊疗探针的研究 |
国家自然科学基金 |
2018.01- 2020.12 |
尹乃强 |
25 |
2 |
等离基元增强型纳米金星/二硫化钼复合模型的理论研究 |
国家自然科学基金 |
2017.01- 2017.12 |
尹乃强 |
5 |
3 |
基于色光调控的三基色发光材料设计与组装 |
国家自然科学基金 |
2018.01- 2020.12 |
赵世华 |
53 |
4 |
强流脉冲离子束辐照钛合金表面光滑化及耐磨抗蚀复合强化机理研究（U1404115） |
国家自然科学基金 |
2015.01- 2017.12 |
李朋 |
30+15 |
5 |
石墨烯/二硒化钨范德华异质结的结构和电学性质研究（11547220） |
国家自然科学基金 |
2016.01- 2016.12 |
吴萍 |
5+2.5 |
6 |
1:12型铁基永磁材料的理论研究 （11247295） |
国家自然科学基金 |
2013.01- 2013.12 |
麻焕锋 |
5+5 |
7 |
强流脉冲离子束辐照钛合金的腐蚀电化学行为及耐蚀机制研究 |
河南省高校青年骨干教师资助计划项目 |
2015.01- 2017.12 |
李朋 |
2+2 |
8 |
ZnO纳米同轴电缆的合成及其发光性能的研究（134300510038） |
河南省科技厅国际合作计划项目 |
2013.04- 2015.04 |
赵世华 |
|
9 |
高有序AL2O3模板的制备及其自组装ZnO纳米阵列材料的工艺研究（122300410350） |
河南省基础与前沿技术研究计划项目 |
2012.04- 2014.04 |
赵世华 |
|
10 |
紫外光照下实施多层纳米管阵列材料的可见光可调性研究 （152102410057） |
河南省科技厅国际合作计划项目 |
2015.01- 2016.12 |
赵世华 |
10+2 |
11 |
液相共沉淀法批量制备超细球形AL(OH)3纳米粉的关键技术研究（132300410259） |
河南省基础与前沿技术研究计划项目 |
2013.04- 2015.04 |
杜雪莲 |
|
12 |
聚合物凝胶&基质隔离煅烧制备ZnAl2O4单晶的微结构特征及光学性能研究（NO:162102210128） |
河南省科技攻关计划项目 |
2016.01- 2018.12 |
杜雪莲 |
10+2 |
13 |
上转换钙钛矿太阳电池（162102310487） |
河南省科技攻关计划项目 |
2016.01- 2017.12 |
丁艳丽 |
|
14 |
载流子分离增强型纳米复合结构钙钛矿太阳能电池研究（162102210307） |
河南省科技攻关计划项目 |
2016.01- 2017.12 |
杨同辉 |
|
15 |
粒度可控的掺杂型纳米钛酸钡的制备和性能研究 （142102210573） |
河南省科技攻关计划项目 |
2014.02- 2015.08 |
张文星 |
|
16 |
实用智能材料NiMnGa单晶制备工艺参数优化和稳定性研究 |
河南省科技攻关计划项目 |
2012.04- 2014.04 |
王明泉 |
10 |
表三、 实验室成员近期发表的代表性论文
序号 |
论 文 名 称 |
作者（*） |
发表时间 |
发表刊物名称 |
1 |
Effects of reagent gas composition on the morphology and optical properties of Cu2S nanowire arrays |
李立强(1) |
2016（SCI收录） |
Journal of Alloys and Compounds |
2 |
The initial stage of surface modification of magnesium alloys by high intensity pulse ions beam |
李朋(1) |
2016（SCI收录） |
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B |
3 |
Influence of high-intensity pulsed ion beam irradiation energy on magnesium alloy surface modification |
李朋(1) |
2015（SCI收录） |
Vacuum |
4 |
Annealing effects on the physical and optical properties of Cu2S CIGS core shell nanowire arrays |
李立强(1) |
2015（SCI收录） |
Applied Physics A |
5 |
Effect of fluorination on the surface electrical properties of epoxy resin insulation |
刘亚强(1) |
2015（SCI收录） |
Applied Physics A |
6 |
Morphology and structure features of ZnAl2O4 spinel nanoparticles prepared by matrix isolation assisted calcination |
杜雪莲(1) |
2015（SCI收录） |
Materials Research Bulletin |
7 |
Optical properties of Cu2S nano hollow cactus arrays with different morphologies |
李立强(1) |
2015（SCI收录） |
Journal of Alloys and Compounds |
8 |
Surface Electrical Properties of Fluorinated Epoxy Resin and Influence of Ambient Humidity |
刘亚强(1) |
2015（SCI收录） |
Materials and Manufacturing Processes |
9 |
The Christaller’s Formation Mechanism for the Ordered Nanopores of Anodic Alumina Template |
赵世华(1) |
2015（SCI收录） |
Journal of Nanoscience and Nanotechnology |
10 |
Surfactant enhanced surface coverage of CH3NH3PbI3-xClx perovskite for highly efficient mesoscopic solar cells |
丁艳丽(1) |
2014（SCI收录） |
JOURNAL OF POWER SOURCES |
11 |
Synthesis of MgAl2O4 spinel nanoparticles via polymer-gel and isolation-medium-assisted calcination |
杜雪莲(1) |
2014（SCI收录） |
JOURNAL OF MATERIALS RESEARCH |
12 |
EFFECTS OF DIRECT FLUORINATION ON SURFACE CONDUCTIVITY OF EPOXY RESIN INSULATORS |
刘亚强(1) |
2014（SCI收录） |
SURFACE REVIEW AND LETTERS |
13 |
Facile synthesis of monodisperse alpha-alumina nanoparticles via an isolation-medium-assisted calcination method |
杜雪莲(1) |
2014（SCI收录） |
APPLIED PHYSICS A-MATERIALS SCIENCE & PROCESSING |
14 |
Cu2S/CIGS core/shell nanowire arrays with epitaxial CIGS growth |
李立强(1) |
2014（SCI收录） |
SOLAR ENERGY MATERIALS AND SOLAR CELLS |
15 |
Enhancement on concentration quenching threshold and upconversion luminescence of beta-NaYF4:Er3+/Yb3+ codoping with Li+ ions |
丁艳丽(1) |
2014（SCI收录） |
JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS |
16 |
Preparation of ZnO:Eu3+ Nanospheres via a Micro-Emulsion Method and Analysis of the Photoluminescence Properties |
赵世华(1) |
2014（SCI收录） |
JOURNAL OF NANOSCIENCE AND NANOTECHNOLOGY |
17 |
A multifunctional mesoporous Fe3O4/SiO2/CdTe magnetic-fluorescent composite nanoprobe |
尹乃强(1) |
2016（SCI收录） |
Appl.Phys.A 122:243 |
18 |
EFFECT OF ANNEALING ON THE PROPERTIES OF VANADIUM PENTOXIDE FILMS PREPARED BY SOL-GEL METHOD |
刘亚强(1) |
2014（SCI收录） |
SURFACE REVIEW AND LETTERS |
19 |
SYNTHESIS AND PHOTOLUMINESCENCE PROPERTIES OF MICRON-ALUMINA |
赵世华(1) |
2014（SCI收录） |
SURFACE REVIEW AND LETTERS |
20 |
Plasmonic enhanced upconversion luminescence of beta-NaYF4: Yb3+/Er3+ with Ag@SiO2 core-shell nanoparticles |
丁艳丽(1) |
2014（SCI收录） |
JOURNAL OF LUMINESCENCE |
21 |
Position-Controlled Hydrothermal Growth of Periodic Individual ZnO Nanorod Arrays on Indium Tin Oxide Substrate |
杨同辉(1) |
2014（SCI收录） |
The Journal of Physical Chemistry C |
表四、 实验室成员近期获批及申请的发明专利
序号 |
发明名称 |
专利号(申请号) |
批准时间 |
发明人 |
备注 |
1 |
一种无团聚MgAl2O4纳米颗粒粉体的制备方法 |
CN103265278A |
2015.04 |
杜雪莲 |
|
2 |
一种微米纳米二级阵列结构薄膜太阳能电池及其制备方法 |
CN103715280B |
2015.12 |
李立强 |
|
3 |
一种CZTS纳米阵列薄膜太阳能光伏电池及其制备方法 |
CN 104465807B |
2016.06 |
李立强 |
|
4 |
一种改进的制备ZnO纳米针尖阵列的新方法 |
201310326736.3 |
|
赵世华 |
|
5 |
一种制备氧化铝微米花的方法 |
201310472589.0 |
|
赵世华 |
|
六、交流与合作
本实验室的国内外学术交流与合作研究活跃。近3年来，本实验室有10余人次参加国际学术会议，与多个高校、研究所有着广泛的学术交流和合作。此外，实验室与商丘市凯丽镀膜玻璃科技有限公司等企业开展校企合作，成立科技攻关小组，开发新技术、新工艺、新材料，解决企业产品开发和技术改造中的难题。实验室还聘请高层次人才进行合作研究。每月邀请外校专家做学术报告一次，每年邀请1-2位国外专家来实验室进行合作交流；每年派遣10-15人次实验室科研人员参加国内外学术交流活动；利用国家留学基金委和河南省地方合作项目力争促成3-5名科研人员到国外高水平大学进行合作研究。
