国家自然科学奖初评通过项目-轻元素新纳米结构的构筑、调控及其物理特性研究
| 项目名称: | 轻元素新纳米结构的构筑、调控及其物理特性研究 |
| 推荐单位: | 北京市 |
| 项目简介: | 本项目属物理学科中的凝聚态物理学领域。 探索轻元素硼(B)、碳(C)、氮(N)及其化合物的新纳米结构,并研究由于尺寸限域效应引起的各种新奇物性,不仅对物理学中一些基本现象的发现有着重要意义,而且将会对未来微电子和光电子工业的发展产生深刻影响。本项目通过发展化学气相沉积技术,制备了C、CN和BCN新纳米结构,并利用控制化学掺杂建立了材料结构和性质之间的选择关系,为探索新的基本物理现象/规律和实现器件应用提供了理想体系。 本项目主要是在基金委的创新优秀群体项目(第一期、第二期)— 纳米结构薄膜生长机理和原子尺度控制的研究; 基金委杰出青年基金—原子尺度的半导体薄膜材料:生长机理与应用研究;基金委重点基金—表面原子过程和表面小系统量子效应,及中科院百人计划课题的支持下完成的。经过十余年(1995-2008)的系统研究,本项目取得了如下主要成果: 一、构筑了六种新的轻元素纳米材料。 采用自行研发的热丝和微波等离子化学气相沉积技术首次制备出:1) CN 聚合纳米钟(Nanobell);2)单壁 BCN 纳米管; 3) BCN 薄膜;4)高定向 BCN 纳米纤维阵列;5) C 双螺旋纳米纤维阵列;6)碳纳米锥。 二、对满足特殊需求的纳米材料进行结构调控。 1) 分离出大量十几至几十纳米大小的单个纳米钟; 2)采用分步生长方法获得了界面清晰的 CN 纳米钟/C 纳米管异质结和 BCN/C 纳米管异质结; 3) 提出一种低温掺氮化学气相沉积生长技术,获得了具有单一螺旋角的多壁碳纳米管。 三、发现了一些具有重要应用前景的新奇物性。 1) 通过硼、氮共掺杂实现了单壁碳纳米管从金属性向半导体性的转变,使样品中半导体导电性的单壁纳米管比例由 67%大幅提升到 97%以上; 2) 发现了单个BCN/C 纳米管异质结的非线性整流特性;3) 在 BCN 纳米纤维中发现波长可调的强蓝荧光;4)获得了优异的 CN 纳米钟电化学储锂性能;5) 系统研究了一维轻元素纳米管的电子场发射机理,提出并验证了 CN纳米管的“顶-边”电子发射机制。 上述研究发表 SCI 论文 52 篇(包括 20 篇 APL,5篇PRB, 1 篇 PRL,3 篇 JACS, 1篇 Science),被 SCI 他人引用 1800 多次;8 篇代表性文章被 SCI 他人引用 430次;获得 2 项国家发明专利;在国际学术会议上做特邀报告 10 个,引起了国际学术界的广泛兴趣。美国化学学会、德国材料学会、英国物理学会等跟踪报道了这些工作。王恩哥曾获第三世界科学院物理奖、世界华人物理学会“亚洲成就奖”和美国物理学会 Fellow 等荣誉。白雪冬 2007 年获得国家杰出青年科学基金。本项研究中的一篇学位论文2006年获得全国百篇优秀博士论文。 本项目 2008年获得北京市科学技术一等奖。 |
| 主要完成人: |
王恩哥 总体规划、指导研究生和项目组成员开展工作,制定研究方案和技术路线。(1)提出构筑轻元素纳米材料的新思路,主持发现了五种新的轻元素纳米材料。对第一发现点做出贡献,是代表性论文3和7的独立作者(综述文章),代表性论文6的通讯作者。(2)主持实现了对满足特殊需求的轻元素纳米材料进行结构调控。对第二发现点做出工作,是代表性论文1的通讯作者。(3)主持发现了重要的新奇物理特性。对第三发现点做出贡献,是代表性论文2、4、5和8的通讯作者。本人在该项目工作量占本人工作量的百分之六十。 白雪冬 协助项目负责人完成该项目工作。在轻元素纳米材料的制备、表征和物性研究方面开展工作,对本项目的主要贡献是,制备出硼碳氮纳米纤维并发现其具有强蓝光荧光性质,是代表性论文5的第一作者,参加了代表性论文2和4的工作。本人在该项研究中的工作量占本人工作量的百分之七十。 于杰 在本项目中发展了化学气相沉积技术,率先制备出B-C-N三元化合物材料体系,为该项目研究工作的开展打下了基础。对第一发现点做出贡献,是代表性论文6的第一作者。本人在该项目工作量占本人工作量的百分之六十。 马旭村 首次制备出CN纳米钟结构,成功地将线性聚合纳米钟进行拆分,并制备出C纳米管/CN纳米钟异质结。对第一、第二发现点做出贡献,是代表性论文1的第一作者。本人在该项目工作量占本人工作量的百分之六十。 刘双 参加了所有发现点的工作,主要贡献是,对化学气相沉积设备和场电子发射测量设备的设计研制和改造。本人在该项研究中的工作量占本人工作量的百分之八十。 |
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