清华大学材料学院南策文

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南策文

南策文，1962年生，湖北浠水人。教授，博士生导师，中国科学院院士，发展中国家科学院院士，材料科学专家，清华大学材料科学与工程研究院院长，湖北理工学院院士。1982年和1985年于华东理工大学本硕毕业。1992年获武汉工业大学（现武汉理工大学）博士学位。1985年起，历任武汉工业大学助教、讲师、副教授、教授、博士生导师。1999年调任清华大学材料系教授。2000年清华大学长江学者奖励计划特聘教授。1992年获中国青年科技奖。1998年获国家杰出青年科学基金。2005年获国家自然科学奖二等奖。获国家发明专利22项。2011年12月，当选中国科学院院士。2012年当选发展中国家科学院（TWAS）院士。
        研究领域
        1、多铁性材料与器件
　　 电子材料与磁性材料的发展渗透于现代技术的各个领域中，器件小型化的发展趋势使人们对集电与磁性于一身的多功能材料的研究兴趣的日益俱增。多铁性材料不但具有铁电、磁性等多种铁性共存，铁电性与磁性相互耦合还可以产生新功能（例如磁电效应）。这种多功能材料为发展基于铁电-磁性集成效应的新型信息存储处理以及磁电器件提供了巨大的潜在应用前景，已成为近来国际上的一个研究热点。
        本课题组在国际上较早地开展了对多铁性材料的研究，包括复合多铁性材料的理论模拟与计算，单相多铁性材料制备及表征，复合异质结构生长及器件设计，磁电复合块体材料制备及应用研究等方面。前期主要工作发表在Physical Review Letters, Advanced Materials, Applied Physics Letters, Physical Review B等刊物，及多项国家发明专利。
        2、有机－无机复合功能材料
　　通过在聚合物基体中添加无机（纳米）颗粒，并对颗粒分布状况、颗粒/聚合物界面进行控制，来提高聚合物电、磁、光性能。目前研究工作主要集中在：(1) 利用导电颗粒在聚合物基体中引发的绝缘体－导体转变的渗流效应来获得高性能的新型聚合物基复合材料；(2) 通过显微结构设计获得兼备电容、电感两性的聚合物基复合材料。前期主要工作发表在Advanced Materials, Applied Physics Letters等刊物，及多项国家发明专利。
        3、 锂电池用锂离子固态电解质及正极材料
　　固态锂离子电解质在便携式设备和动力系统等方面具有广泛的应用前景。本课题组对二次锂电池用固体电解质的研究包括纳米复合聚合物基固体电解质，以及无机固体电解质，关注于材料的优化和多相复合产生的界面效应，以提高锂离子传导性能。此外，研究新型复合电极材料。前期主要工作发表在Physical Review Letters, Solid State Ionics, J. Power Source等刊物，及多项国家发明专利。
        4、过渡金属氧化物        过渡金属氧化物具有丰富的功能。本课题组研究工作主要集中在以下两个方面：(1) 热电材料：通过金属掺杂和采用新型陶瓷烧结工艺控制材料显微结构，提高氧化物体系热电优值；(2) 巨介电材料：利用掺杂在NiO基陶瓷中形成晶界层结构，从而获得一种非铁电性，非钙钛矿型、无铅的巨介电材料。前期主要工作发表在Physical Review Letters, J. Am. Ceram. Soc., Applied Physics Letters, Physical Review B等刊物，及多项国家发明专利。

        5、材料显微结构-性能关联计算及预测
　　 许多实际材料的性能不仅取决于原子层次上的微观结构，而且很大程度上取决于更宽尺度范围内的显微结构。在这个尺度上，我们尝试把现代物理方法发展到以往的经验、定性的材料显微结构-性能关联的研究中，定量地给出显微结构-性能关联，以进一步进行材料设计。前期主要工作发表在Progress in Materials Science, Journal of Applied Physics等刊物。
       奖励与荣誉
       2008年 教育部自然科学二等奖(排名第二)
       2005年 国家自然科学奖二等奖
       2002年 北京市科学技术奖一等奖
       2001年 湖北省自然科学奖一等奖(排名第四)
       2000年 国家教育部长江学者奖励计划特聘教授
       2000年 美国ISI (SCI总部) Citation Classic Award (经典引文奖)
       1999年 美国陶瓷学会Edward C. Henry奖
       1998年 国家杰出青年科学基金
       1994年 国家教育部跨世纪人才计划
       1992年 中国青年科技奖

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南策文院士团队新型锂电池陶瓷材料项目落户盱眙

20日上午，清华大学南策文院士团队新型锂电池陶瓷材料项目签约仪式在盱眙县举行。市长蔡丽新，市委常委、组织部部长李伟，清华大学材料研究院院长、中国科学院院士南策文，江苏清陶能源科技有限公司董事长冯玉川等参加签约仪式。

签约仪式上，李伟指出，近年来，淮安深入实施创新驱动发展战略，有效推动了全市经济转型发展和产业提档升级。盱眙县按照市委市政府的部署要求，聚焦“两新一高”主导产业，加快“产才融合”步伐，经济发展保持了良好态势。随着清华大学等优质项目接二连三地落户盱眙，必将为盱眙产业转型发展注入更大的创新活力。盱眙要以此次项目签约为契机，进一步优化营商环境，推动项目快建设、早投产、早达效。市人才办要进一步完善人才创新激励机制，优化人才保障服务，加大项目扶持力度，不断推动淮安和清华大学的合作向更高水平迈进。

南策文说，清华大学与淮安有着良好的合作基础，清陶能源项目落户盱眙4年来，在淮安市和盱眙县的大力支持下，取得了突飞猛进地发展。清陶能源与盱眙县“两新一高”产业发展理念契合，将继续做有信誉、有社会责任心、有担当的创新型企业，为盱眙“两新一高”产业发展贡献清陶的力量。

据了解，清华大学南策文院士团队新型锂电池陶瓷材料项目计划总投资3亿元，利用凹土的改性功能，主要从事新型锂电池陶瓷材料的研发和产业化，进一步延伸和拓展盱眙凹土新材料的应用。项目计划于2019年初建成年产500吨固态电解质材料和1000吨锰系正极材料生产线，产品将广泛应用于电动汽车、移动电子设备、军用电源等领域。

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南策文院士工作站落户贵州大龙开发区

5月10日，大龙开发区南策文院士工作站建设项目、大龙开发区动力电池梯次利用与回收项目正式签约落户大龙。项目建成后，将作为清华大学材料学院学生的实习基地，为园区企业发展，提供人才培养和技术支持，促进大龙开发区经济社会科学、可持续发展。

南策文

南策文院士工作站建设项目以实现打造锂电池全生命周期价值创新平台，推动科技与经济的结合作用，实现创新和人才培养的协同作用。该项目的落户，是大龙开发区与清陶（昆山）能源发展有限公司合作发展中的一件大喜事。

此次大龙开发区南策文院士工作站建设项目、大龙开发区动力电池梯次利用与回收项目的正式签约，是大龙开发区实现以商招商，产业链招商的又一成功案例，对开发区的招商事业发展具有积极作用。

清陶（昆山）能源发展有限公司表示，项目落户后将结合大龙开发区的发展之需，在发展自身建设的同时，为当地企业实现人才储备力量。而项目建址于胜利村，寓意着走向胜利，快速成长，为大龙开发区经济社会发展注入新鲜血液。

近年来，由于大龙开发区优越的地理环境，便利的交通条件，成为了贵州向东开放的桥头堡；而境内矿产资源丰富，新能源企业上下游产业链不断完善，更是投资兴业的一块热土。大龙将继续发扬爱商、护商、安商的优良传统，全力以赴做好企业服务工作。

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Energy & Environmental Science：无机固态离子导体的新视野

锂离子电池性能表征

在新一代能源储存领域的竞争者中，全固态电池（ASSB）由于具有安全性高，能量密度高和循环寿命长的潜力而显得极具前景。大多数固体电解质相对较低的电导率以及固体电解质与电极层之间界面处的电荷转移动力学的缓慢过程被认为是ASSB面临的主要挑战。近日，吉森大学Jürgen Janek，滑铁卢大学 Linda F. Nazar，清华大学南策文院士，马普固态研究所Joachim Maier，CIC nergigune的 Michel Armand以及中科院物理所陈立泉院士（共同通讯）等人概述了固态锂离子和钠离子导体的现状，重点介绍了无机材料。解释了固体电解质组成，结构与电导率之间的相关性，并提出了提高离子电导率的策略。 特别指出，固体氧化物电解质的高晶界电阻是一个挑战。 除此之外，文章还阐述了它们在实际应用中的潜在问题。 同时讨论了固体电解质的化学和电化学稳定性，以及在一定程度上被忽略的化学机械效应。此外，作者还提出了改善ASSB实际性能的策略，包括优化固体电解质和电极材料之间的界面以改善稳定性和降低电荷转移阻力等。

文献链接：New Horizons for Inorganic Solid State Ion Conductors.(Energy Environ. Sci., 2018, DOI: 10.1039/C8EE01053F)

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记者从江苏昆山3日举行的产业科创中心推进大会上获悉，该市将建设具有国际影响力的国家一流产业科创中心，并出台“头雁人才”工程实施办法及认定资助细则，首批两个“头雁人才”团队分别获1亿元项目资助。

在当天举行的推进大会上，昆山市对首批“头雁人才”及团队进行命名和奖励。由南策文和阎锡蕴两位中国科学院院士领衔的创业团队获评昆山市首批“头雁人才”团队，分别获得1亿元人民币项目资助；乌克兰国家科学院院士弗拉基米尔·尼古拉耶维奇被评为“头雁人才”个人，获得1000万元人民币项目资助。

南策文院士团队致力于固态电池研发，2016年在昆山成立江苏清陶能源科技有限公司。据江苏清陶能源科技有限公司董事长冯玉川介绍，固态电池能有效解决液态电池安全问题，提升续航能力，具有广阔应用前景。“这次获得重奖，坚定了团队扎根创业的决心。”冯玉川说。

阎锡蕴院士2015年在昆山成立公司，从事铁蛋白纳米药物载体相关研发及生产，并在3年内取得快速发展。

昆山市委组织部副部长、人才办主任陈青林说，当前昆山正全力建设具有国际影响力的国家一流产业科创中心，主动融入长三角乃至全球科创体系。

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南策文AM：PVDF基固体电解质的全固态锂金属电池中锂枝晶的自抑制

基于聚合物的电解质由于其离子导电性，柔韧性和易于组装特性在全固态Li金属电池中引起了关注。但有效阻止Li枝晶生长并改善基于聚合物电解质的全固态电池的长期循环稳定性仍然是关键挑战。南策文与Liangliang Li团队通过系统实验结合第一性原理计算，探讨了新型聚偏二氟乙烯（PVDF）基固体电解质与Li负极之间的界面，发现原位形成的纳米级界面层具有稳定性。均匀的镶嵌结构可以抑制Li枝晶的生长。

与大多数研究的聚（环氧乙烷）体系中经常发生的典型短路不同，基于PVDF的体系中的该界面层在高电流密度下引起开路的特征，从而避免了过电流的风险。在PVDF-LiN(SO2F)2（LiFSI）中观察到的Li枝晶具有有效的自抑制，能够在0.1 mA cm-2下重复Li电镀/剥离超过2000 h的循环，并且在全固态下具有出色的循环性能。全固态LiCoO2||Li电池在0.15 mA cm-2、20 ℃下循环200次后几乎没有容量衰减。

PVDF基固体电解质

Zhang X, Wang S, Xue C, et al. Self‐Suppression of Lithium Dendrite in All‐Solid‐State Lithium Metal Batteries with Poly(vinylidene difluoride)‐Based Solid Electrolytes. Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201806082

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201806082

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锂离子电池具有高工作电压、长循环寿命、无记忆效应、环境友好等优点，已被广泛应用于储能领域。可是，传统有机电解液锂电池存在着火、爆炸等安全隐患，极大制约了锂离子电池的发展。代替传统有机电解液和石墨负极，以固体电解质和金属锂负极为关键材料开发的固态锂电池在能量密度和安全性方面都有显著提升，是未来锂电池发展的方向。然而，固态锂电池的开发仍然面临缺乏兼具高离子电导率和高稳定性的固体电解质材料、电解质与正负极材料的物理接触较差、电解质/电极间界面阻抗大以及锂负极表面枝晶生长等难题。因此，设计和制备兼顾高离子电导率、宽电化学窗口和与正负电极材料稳定兼容的固体电解质成为固态锂电池发展的关键。

电极材料

锂蒙脱石（LiMNT）作为一种价格低、环境友好的纳米片单离子导体，已在锂电池固体电解质领域广泛研究。LiMNT的纳米片层间具有极高的膨胀能力，通过简单便捷的合成方法可以将聚合物基体插入到LiMNT层间形成具有插层结构的纳米复合材料。插层空间的存在有助于离子的单向传输特性，便于在插层空间内形成一个优良的离子传输通道。近日，来自北京科技大学的范丽珍教授、清华大学南策文院士及张强教授研究团队采用溶液浇铸结合热压方法开发了具有高离子迁移数的插层聚碳酸乙烯酯（PEC）-LiMNT复合固体电解质。为进一步提高该电解质的离子电导率和力学性能，通过热压方法在上述电解质体系中引入少量的氟代碳酸乙烯酯和聚四氟乙烯，最终获得了具有插层结构的高离子迁移数PEC-LiMNT复合固体电解质。为了有效抑制锂负极枝晶生长，采用熔融金属灌注策略，将熔融的金属锂灌输进入3D泡沫镍载体空隙中，获得了3D Li-Ni复合负极。高离子迁移数插层PEC-LiMNT固体电解质和3D锂负极的协同作用实现无枝晶生长。分别采用LiFePO4和高容量三元Al2O3包覆LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极，与PEC-LiMNT电解质和3D锂负极组装的固态锂电池具有优异的循环和倍率性能。相关结果发表在Advanced Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.201901047）上。

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近日，中国科学院深圳先进技术研究院医工所纳米调控与生物力学研究中心研究员李江宇应中科院院士、清华大学教授南策文和南京大学教授刘俊明的邀请，联合湘潭大学教授刘运牙、澳大利亚新南威尔士大学教授Jan Seidel在国际期刊National Science Review（《国家科学评论》）发表题为Multiferroics under the tip: probing magnetoelectric coupling at the nanoscale（《针尖下的多铁：纳米尺度磁电耦合的探测》）的前瞻展望性文章，对该领域研究进展做了点评，发展趋势做了展望。李江宇为论文的通讯作者。

多铁材料

　　多铁性材料具有电序和磁序共存的特性，进而表现出磁电耦合行为，这为控制和理解与外界刺激相互作用的凝聚态结构提供了一个良好的平台，并有望为技术应用带来前所未有的机遇。在过去的二十年里，材料加工和薄膜沉积工艺的进步以及结构和性能表征方式的多样化推动了人们对于新现象的发现、新材料的发展和新器件的探索，而扫描探针显微镜的出现对于纳米尺度探测和操控多铁材料提供了一个强有力的工具。
　　李江宇等人从扫描探针显微镜的基本原理出发，回顾了近年来利用探针对多铁材料表征取得的进展，揭示了所面临的机遇与挑战，并对磁电耦合在介观尺度下的百变面貌进行了预测和展望。值得一提的是，李江宇等人强调借助扫描探针技术数据分析方面的进步，结合建模和仿真手段有望实现纳米尺度下精确的定量测试，以及增强极化和磁化成像过程中的空间分辨率，这对于未来研究多铁行为具有重要意义。
　　上述工作得到国家重点研发计划纳米科技重点专项和国家自然科学基金仪器研制项目的资助。


　论文链接

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教育部科技委于2019年9月下旬至12月中旬组织开展了2019年度“中国高等学校十大科技进展”评选工作。经过地方和高校遴选及公示、部门形式审查、学部初评和专家综合评议4个阶段，最终推选出10项2019年高校重大科技成果。清华大学南策文院士主导的“高能量密度电容器用无机介电材料”入选。