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[专家学者] 中国科学院宁波工业技术研究院稀土磁性功能材料实验室刘剑

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发表于 2017-9-25 09:35:49 | 显示全部楼层 |阅读模式
刘剑中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员,2006年博士毕业于上海交通大学,2006至2012年在德国固体和材料研究所(IFW Dresden)任职博士后研究员。在磁性形状记忆合金和磁制冷材料的机理探索和潜在产业化应用等领域做出了诸多创新性成果。多次受邀在国际会议上作大会报告,为美国和捷克等国外自然科学基金的物理类外审专家,以及多个有影响力的国际期刊邀请审稿人。迄今共发表了60余篇学术论文(包括1篇Nature Materials,7篇Acta Materialia,9篇Scripta Materialia,6篇Applied Physics Letters等),被引用超过600次,H因子17。在Advanced Engineering Materials和Scripta Materialia上受邀分别撰写了磁性形状记忆复合材料和磁制冷材料规模化制造的诸多问题及解决对策之综述文章。撰写英文专著章节“磁制冷材料及器件:La-Fe-Si合金的基础和应用发展”由Wiley出版社2013年出版(ISBN 978-1-119-97529-8)。主持国家青年千人计划项目及国家自然科学基金(面上)项目各1项。

刘剑

刘剑

教育背景
2003-03--今 上海交通大学 博士
2000-09--今 西安建筑科技大学 硕士
1996-09--今 西安建筑科技大学 学士

工作简历
2012-10--今 中科院宁波材料所 研究员
2006-11--今 德国固体与材料研究所 博士后

荣誉奖励
中组部第四批“青年千人计划”入选者;


研究方向
基于磁-热-机械能量高效转换过程的新材料体系挖掘和机理探索,面向产业化磁性材料的新颖合成以及磁制冷和磁致伸缩器件的开发;


论文专利
迄今共发表了60余篇学术论文(包括1篇Nature Materials,7篇Acta Materialia,9篇Scripta Materialia,6篇Applied Physics Letters等),被引用超过600次,H因子17。在Advanced Engineering Materials和Scripta Materialia上受邀分别撰写了磁性形状记忆复合材料和磁制冷材料规模化制造的诸多问题及解决对策之综述文章。撰写英文专著章节“磁制冷材料及器件:La-Fe-Si合金的基础和应用发展”由Wiley出版社2013年出版(ISBN 978-1-119-97529-8)。



发表论文
(1) Giant magnetocaloric effect driven by structural transitions,Nature Materials,2012,第1作者
(2) The effect of the thermal decomposition reaction on the mechanical and magnetocaloric properties of La(Fe,Si,Co)13,Acta Materialia,2012,第2作者
(3) Systematic study of microstructure, entropy change and adiabatic temperature change in optimized La-Fe-Si alloys,Acta Materialia,2011,第1作者
(4) Constraint-dependent twin variant distribution in Ni2MnGa single crystal, polycrystals and thin film: An EBSD study,Acta Materialia ,2010,第5作者
(5) Influence of annealing on magnetic field induced structural transformation and magnetocaloric effect in Ni-Mn-In-Co ribbons,Acta Materialia,2009,第1作者
(6) Martensitic transformation and magnetic properties in Ni-Fe-Ga-Co magnetic shape memory alloys,Acta Materialia,2008,第1作者
(7) Martensitic transformation of (Ni55.3Fe17.6Ga27.1)100-xCox magnetic shape memory alloys,Acta Materialia ,2005,第3作者
发表著作
(1) 磁制冷材料及器件,Magnetic Cooling - From Fundamentals To High Efficiency Refrigeration,Wiley,2013-10,第2作者




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发表于 2018-3-20 08:27:43 | 显示全部楼层

基于磁热效应(MCE)的磁制冷是一种比传统蒸汽压缩更具有高潜力的新兴技术。在磁热材料中,NaZn13型La(Fe,Si)13基化合物由于其可调的居里温度(Tc),巨大的MCE,无毒性和低成本等优点被认为是有希望的候选材料。由于二元La-Fe相的形成焓是正的,因此需要少量添加如Si或Al来稳定NaZn13相的结构。随着LaFe13-xSix(x≤1.4)化合物中Si含量的降低,获得纯单相合金和实现1:13的相组成变得更加困难。最近有学者从局域原子角度揭示La-Fe-Si(-H)合金的晶格结构并解释了其与宏观性质的关系。

近日,中国科学院宁波材料技术与工程研究所的刘剑教授 等人在Acta Mater.上发布了一篇关于金属氧化物的文章,题为“An x-ray absorption spectroscopy study of La-Fe-Si(-H) magnetocaloric alloys”。 作者通过X射线吸收精细结构(XAFS)技术对示La-Fe-Si合金的晶格结构进行了研究。研究结果表明,根据La L3-edge和Fe K-edge扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)光谱的空间分析曲线拟合分析,发现间隙氢原子优先占据24d位,不受第二阶段的存在的影响。 La原子的X射线吸收边缘结构(XANES)光谱证实了价电子从氢转移到Fe,表明电子结构与吸氢能力密切相关。Fe与Si的杂化效应对La-Fe-Si合金的居里温度(Tc)起主导作用,但影响有限。该研究建立了La-Fe-Si(-H)合金局部结构与上述性能之间的相关性。

母相La-Fe-Si和氢化相La-Fe-Si-H的原子结构示意图

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发表于 2018-8-9 17:01:50 | 显示全部楼层
“我们研究的最大成果,就是攻克了稀土基磁制冷材料的批量生产,让水等环保介质换热,而完全摈弃氟利昂制冷剂成了可能。”日前,中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员刘剑在采访中告诉记者,由其领衔的浙江省自然科学基金项目正式结题,课题组完成了“镧铁硅合金的定向凝固组织控制和磁制冷性能研究”,让磁制冷技术产业化更近了一步。

解决批量生产难题 有望让用了近一个世纪的氟利昂“退休”

近年来,可持续发展对传统蒸汽压缩式制冷技术在环保、能效等方面提出了更高要求,发展环境友好、节能高效的新型制冷技术成为有效的解决手段之一。

于是,科学家受到磁热效应——一种变化磁场下磁性材料磁矩有序度发生变化而导致的热现象的启发,提出了替代传统制冷剂氟利昂的新型制冷技术。其原理,是在磁性材料被磁化时,磁矩有序度增加,磁熵减小,温度上升,向外界放出热量;退磁时,磁性材料磁矩有序度减少,磁熵增加,温度下降,自外界吸收热量。

然而,在研究中,科学家们发现,传统的磁制冷材料,因其本身脆弱等原因,给制备带来了很大难度,“往往在制成片的过程中,磁制冷材料就会发生断裂”,刘剑介绍说,在浙江省自然科学基金的支持下,课题组围绕“脆”的问题展开了研究,提出了镧铁硅合金与高导热、高韧性金属共混制备的新型复合材料结构的课题。

经过数以百次的实验和改性,截至项目结题,课题组在凝固制备方法,成分和组织调控,以及制冷新概念的构建上,都有所创新,在磁制冷材料的应用上取得突破,为磁制冷材料大规模产业化带来了希望。


省基金成“敲门砖” 项目后续成果接轨企业应用

在完成省基金项目结题后,刘剑也在此基础上申请了磁制冷材料基因工程的国家项目,与其他研究员一起筹建和领导稀土磁性工程材料实验室,围绕稀土永磁、稀土磁性制冷材料、稀土磁性纳米材料展开进一步研究。

“省基金既是青年科学家的‘第一桶金’,也是‘敲门砖’。”谈及浙江省自然科学基金的支持,刘剑认为,省基金的支持是青年科学家起步的“第一桶金”,不少青年科学家在获得了省基金的支持后,研究成果有了延伸,并进一步得到国家基金等的支持。

不仅如此,刘剑课题组还积极接轨企业,先后与横店东磁、海尔集团等达成合作,围绕稀土磁制冷材料的产业化做起“文章”。“据我们了解,目前国内企业也开始布局磁制冷材料冰箱等,但是磁制冷材料受制于国外。”在与企业的接触过程中,刘剑敏锐的发现了市场痛点:国外材料价格高昂,性能指标波动大。

围绕磁制冷材料关键指标,刘剑课题组在“镧铁硅合金的定向凝固组织控制和磁制冷性能研究”项目基础上,积极引入材料基因工程手段,利用其高通量、大批量一次性制备的优点,在短时间内积累了大量材料结构数据,从而制备出了性能优于国外同类的磁制冷材料。

“在温区变化上,我们制备材料能够准确控制在1K(开尔文)以内,远优于国外3K(开尔文)的指标。”刘剑告诉记者,课题组制备的磁制冷材料,在温度变化、温区控制、温度跨度三个关键指标上均优于国外同类材料,而价格仅为国外产品的十分之一,受到了企业的高度关注。

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发表于 2019-6-2 10:26:42 | 显示全部楼层
报告题目:磁弹热效应材料的研究进展
报 告 人:刘剑 研究员/博士生导师
邀请人:钟喜春
报告时间:2019年5月16日(星期四)下午3:00
报告地点:华南理工大学五山校区14号楼205会议室


内容摘要:
解决节能和环保的能源问题,是当前我国一项重大的社会需求,也是国际上长期追求的一个目标。磁热和弹热效应都是基于固态相变物理而应运的新型制冷技术,尤其是近年来新兴的弹热技术,由应力驱动形状记忆材料相变产生制冷效果,具有无冷媒、小型化、高效能的优势,受到包括我国、美国、德国、丹麦等众多科研机构的关注和投入。报告人将介绍近年来宁波所课题组针对制冷系统要求的磁热和弹热材料的组织调控、性能优化和材料制备加工方法以及未来挑战,展现出这类新型相变材料在固态制冷的巨大应用潜力。
报告人简介:
刘剑,中科院宁波材料所研究员/博导。2006年在上海交通大学获材料加工博士学位,2006至2012年在德国固体和材料研究所博士后,2012年至今在中科院宁波材料所工作,任研究员、课题组长、博士生导师。从事金属磁性相变材料的基础研究和应用探索。主持科技部重点研发计划,国家自然科学基金委,浙江省杰青、企业委托等项目。发表SCI论文100余篇,被引用2700次,单篇最高引用650次,H因子26。授权发明专利15项。参与编写“中国磁学学科发展战略研究报告”。国内外多个学术期刊审稿人,获2018年Acta Materialia杰出审稿人称号。中国功能材料学会理事,中国稀土学会委员,海尔磁制冷实验室技术顾问。在国内外重要学术会议,包括香山科学会议、国际磁制冷大会、美国材料年会上作特邀报告30余次。多次担任国际磁性材料大会的磁热分会主席,是第四、五届全国磁制冷学术会议的大会主席。


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发表于 2019-10-8 08:58:17 | 显示全部楼层
2019年自然科学基金面上项目-LaFeSi/Fe磁热复合材料的界面问题和绝热温变研究
批准号        51971232        学科分类        金属光、电、磁功能材料 ( E010501 )
项目负责人        刘剑       
依托单位        中国科学院宁波材料技术与工程研究所
资助金额        60.00万元       
项目类别        面上项目       
研究期限        2020 年 01 月 01 日 至2023 年 12 月 31 日

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