中山大学材料学院王成新教授

smiles

王成新，现任中山大学物理科学与工程技术学院教授，博士生导师。2002年12月毕业于吉林大学超硬材料国家重点实验室,并获理学博士学位;论文题目:金刚石基的宽禁带半导体异质结及相关理论研究;2005年5月于中山大学光电材料与技术国家重点实验室博士后出站;2005年6月-2007年6月,日本东京工业大学JSPS特别研究员（日本学术振兴会（JSPS）资助）;2007年6月,入选中山大学百人计划,受聘于中山大学光电材料与技术国家重点实验室.近年来,一直从事低维光电功能材料设计应用及相关理论研究.

个人基本简介:
职 称： 教授
学 位： 博士
毕业学校： 吉林大学
联系电话： 020-84113901
电子邮件： wchengx@mail.sysu.edu.cn

学科方向:
所在学科:材料物理与化学主要研究方向: 低维光电功能材料的设计、应用及理论研究 低维材料的高压物性研究 宽禁带半导体材料及器件研究每年招收博士后1名；博士研究生1-2名；硕士研究生2-3名.

荣誉获奖:
教育部新世纪优秀人才支持计划（2008）
2008年度广东省科学技术奖（自然科学类）一等奖（第二完成人）
广东省高等学校“千百十工程”培养对象(校级)
日本 JSPS Research Fellowship
中山大学百人计划

学术成绩：
      1. 硅纳米线热氧化的定量动力学模型。通过修正Deal-Grove 模型的假设， 进一步考虑氧在已形成的二氧化硅中扩散的时间及空间相关性，以及硅和二氧化硅界面处存在的高密层，建立了硅纳米线热氧化的动力学模型。由此给出了硅纳米线热氧化的速率与硅纳米线的初始半径及已形成二氧化硅层厚度的的定量关系，这个理论结果与实验观察一致。在上述扩散机制的启发下，组装出了碳化硅纳米管。
      2. 金属触媒作用下硅纳米线成核热力学模型与生长动力学模型。以VLS 唯像模型为基础，在假设金属触媒入端和出端硅原子数守恒的情况下，考虑液固界面能和曲率效应的共同作用，导出了硅纳米线临界晶核Gibbs 自由能的数学表达式，并由此给出了硅纳米线最小直径和纳米线生长取向与直径关系的定量描述，这两个理论结果均与实验观察一致。解释了硅纳米线直径与金属触媒直径相等的物理起源，提出了纳米线生长过程中金属触媒位于顶端还是底部的综合判据。以上述理论模型为基础，设计出以锗为触媒的在蓝光波段发光的超长二氧化硅纳米线。
      3. 金刚石等高压相在经典热力学亚稳区的成核与相变。以P-T 相图为基础数据，考虑纳米尺度晶核曲率效应诱导的附加内压，建立了纳米尺度下金刚石等高压相材料在经典热力学亚稳区成核的经验模型。利用该模型，预言了金刚石纳米线在管状衬底上成核的可能性及物理机制，得到了国际同行的实验验证；利用成核的曲率效应， 组装出了具有优异场发射性能的准周期性排列的碳化铝/非晶碳一维纳米结构。

yuzhongqing

  王成新教授团队实现在α-Al2O3上“编码”可擦除的纳米光电功能区

在光电纳米材料领域，单个纳米线通常作为最小功能单元进行研究。如果通过某种方式将纳米线的特定区域进行有目的的改性，从而对其电子、光子特性进行有效编辑，那么单根纳米线有望成为功能集成体，而不仅仅是一个功能单元。而合适的材料平台以及“编辑”策略是当中的关键问题。最近，王成新教授团队在碳掺杂的α-Al2O3纳米线上，成功“编码”纳米级的光电功能区。

       由于Al2O3的电子绝缘特性，在高能聚焦电子束辐照下，二次电子的横向迁移产生巨大的辐射状电场，进而驱动晶体内氧离子内聚、结合并逃逸，导致色心聚集。阴极射线致发光显示，此区域为高强度的335nm (Al2O3晶体的F+心)发射区。通过导电原子力显微镜以及开尔文探针分析表明，“色心区”显示出超过~106的电导增强以及~30meV的表面电势差别。通过聚焦电子束曝光位置以及曝光时间的控制，可实现由点、线、面组成的复杂图案绘制。编码样品室温放置一年后，或者空气环境500℃下，特性均毫无衰减，另外，编码区域可借助于空气环境中退火(800℃)实现擦除，同样亦可多次复写。

       此项成果对材料的纳米光电子学研究，比如高分辨显示，探测，量子陷阱等领域有方法上的启示意义。相关论文以“Encoding Optoelectrical Sub-Components in an Al2O3 Nanowire for Rewritable High-resolution Nanopatterning”为题发表在材料物理与化学领域的权威期刊Nano Letters.(论文链接: https://pubs.acs.org/doi/pdfplus/10.1021/acs.nanolett.8b00985)，孙博（研二）为第一作者，孙勇研究员和王成新教授为通讯作者。评审人对其给予了很高的学术评价，“It is a very impressive work! ”；“I definitely believe that this manuscript can be published in Nano Letters.”

       本工作得到国家自然科学基金委大力支持！

tianzhen

湖南大学鲁兵安教授、中山大学王成新教授等在锂硫电池研究上获重要进展

湖南大学物理与微电子科学学院鲁兵安教授课题组博士生樊令在锂硫电池研究上获重要进展，为同时解决锂硫电池的穿梭效应和锂枝晶问题提供了一种新的策略。相关成果以题为“Simultaneous Suppression of the Dendrite Formation and Shuttle Effect in a Lithium–Sulfur Battery by Bilateral Solid Electrolyte Interface”的论文发表于国际权威期刊《先进科学》（Advanced Science，影响因子12.441）。樊令为第一作者，湖南大学鲁兵安教授、中山大学王成新教授、以及Clemson大学Apparao M. Rao为通讯作者。

  锂硫电池具有高的能量密度，价格低廉等优势，使得其在电动汽车和大规模储能中具有广阔的应用前景。但是锂硫电池面临着两大挑战：锂金属负极的枝晶效应和硫正极的穿梭效应，严重限制了锂硫电池的循环性能和安全性能，阻碍了锂硫电池的大规模商业应用。樊令提出了利用双边SEI膜（在硫正极和锂负极同时形成SEI膜）来尝试同时解决锂硫电池中硫正极的穿梭效应和锂负极的枝晶效应。通过将传统的酯基电解液和醚基电解液混合使用，利用硫化的聚丙烯晴作为正极，构建了锂硫电池正负极双边SEI膜，使得锂硫电池的循环稳定性显著提高。另外，组装的硫-石墨全电池和软包锂硫全电池也表现出优异的性能。

  论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201700934

jiajie

中山大学王成新教授和杨功政副教授课题组通过水热法制备了钒酸银纳米带，并将其用作水系锌离子电池正极材料。研究发现，在首圈充放电时，伴随着锌离子的嵌入脱出，银纳米粒子也会发生部分不可逆的析出，并且在此后的循环中稳定分布于纳米带表面。作者通过直接添加纳米银颗粒到五氧化二钒正极材料中，进一步模拟研究了银纳米颗粒在充放电中的作用。测试发现，银纳米颗粒周围堆积形成大量碱式盐。同时结果表明，银纳米颗粒会增强赝锌空反应（发生在电池封闭环境中材料表面，区别于锌空电池中在半开放环境下的类ORR反应），并大幅提高材料的容量（由 175增至275 mA h g‒1）。因此，得益于材料表面析出的银纳米颗粒，钒酸银纳米带具有较高的质量比容量（213 mA h g‒1）和优异的长循环寿命，在6000次循环后仍保持93%的容量持有率。

值得一提的是，在三氟甲磺酸锌水系电解液中生成的锌碱式盐Zn12(CF3SO3)9(OH)15·nH2O首次被合成、表征和识别。作者认为这项研究可以为锌离子电池的研究开拓新的思路，为其进一步的发展做出贡献。


相关成果以“In-Situ Ag Nanoparticles Reinforced Pseudo-Zn-Air Reaction Boosting Ag2V4O11 as High-Performance Cathode Material for Aqueous Zinc-Ion Batteries”。为题发表在Small methods(DOI: 10.1002/smtd.201900637)上。

tianliang

二维层状非范德华铋氧硫族化合物 (Bi2O2X, X = S, Se, Te)具有良好的环境稳定性、高载流子迁移率和丰富的物理性质，近年来受到广泛关注。其中，Bi2O2Se二维结构首先被成功制备；随后，光电探测，场效应晶体管等物性先进器件相继被报道；简单热氧化工艺即可大面积原位生成单晶高k层，兼容目前主流的半导体微纳加工工艺，使该材料在微电子、光电子和平面集成纳米系统等众多领域具有了广阔前景。这些进展也使人们对Bi2O2X家族其它成员，如Bi2O2Te，产生浓厚兴趣。据理论预测，除了高载流子迁移率和极低的晶格热导率，Bi2O2Te还可能具有与Bi2O2Se不同的特殊性质，如，非常窄的带隙(~0.15 eV)和由于Te原子偏离Bi立方六面体晶格而具有的本征面外铁电性。但由于二维Bi2O2Te结构生长的热力学、动力学窗口很窄，多年来制备高质量产品一直是一个瓶颈，对Bi2O2Te物性的研究多停留在理论层面。
        近期中山大学材料科学与工程学院王成新教授/孙勇副教授研究团队在前期Bi2O2Se研究工作的基础上（Small Methods, DOI：10.1002/smtd.202200347），采用低压化学气相沉积方法，首次制备了高质量的二维Bi2O2Te纳米片和大面积晶体薄膜。霍尔器件测试表明，在低温和9 T磁场下Bi2O2Te纳米片呈现非常大的非饱和各向异性磁阻（~1133%）和Shubnikov−de Haas (SdH)量子震荡现象。更有趣的是，通过压电响应力显微镜(PFM)测量，揭示了Bi2O2Te纳米片中的室温面外铁电性，验证了理论预测的准确性，为有限的二维铁电体家族增添一位新成员。更难能可贵的是，该材料同时具备了高磁阻和室温铁电性（窄带隙半导体较难实现铁电性）。这些成果说明，作为具有高载流子迁移率和高磁阻的超窄带隙二维铁电半导体，Bi2O2Te有望在低能耗器件、红外光能量采集/转换等方面具有潜在应用价值。

图1 二维Bi2O2Te纳米片的制备以及相关物性研究。（a）纳米片；（b）薄膜; (c) 光刻工艺形成的有序阵列；（d）高分辨透射电镜表征；（e）不同温度下磁阻测试；（d）各向异性磁阻；（g）面外铁电性。

         相关研究以“Coexistence of Anisotropic Large Magnetoresistance and Ferroelectricity in Two-Dimensional Narrow-Bandgap Bi2O2Te”为题发表在ACS旗下期刊ACS Nano上（https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.2c09997）。三个评审人均给出小修后接收的意见，从投稿到在线发表用时1个月，博士研究生邹晓彬为论文的第一作者，王成新教授及孙勇副教授为共同通讯作者。中山大学材料科学与工程学院为论文唯一完成单位。该研究工作受到国家自然科学基金、广东省自然科学基金的大力支持。