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[专家学者] 上海交通大学材料学院复合材料研究所张荻

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发表于 2017-4-1 15:24:06 | 显示全部楼层 |阅读模式
张荻,男,1957年3月出生,上海交通大学教授。材料学学科长江学者奖励计划特聘教授。1988年3月获日本大阪大学博士学位,1988年9月起在上海交通大学任教。1991年至1999年期间多次赴日本Yuasa公司中央研究所、日本京都大学和日本大阪大学任客座研究员、访问教授。现任上海交通大学材料科学与工程学院副院长、复合材料研究所所长、金属基复合材料国家重点实验室副主任,兼任中国复合材料学会常务理事、金属基及陶瓷基复合材料专业委员会主任、武汉工业大学材料复合技术国家重点实验室学术委员会委员、中国有色金属学报、中国复合材料学报编委、日本通产省新能源机构(NEDO)“研究开发功能性木质陶瓷”委员会委员。主要从事轻质高强材料、金属基复合材料、陶瓷电池和燃料电池用材等领域的研究工作。开发出的原位复合自生增强Ti基复合材料、Mg-Li基复合材料均已达到国际先进水平,近年来提出的利用植物纤维等废弃木质材料制备木质陶瓷,并由其与金属复合来制备具有结构功能一体化的绿色复合材料的研究已引起了日本工业界和学术界的重视。在解决长寿命陶瓷电池关键性材料方面取得了很大突破;开发出了熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)电解质基板,并成功通过试车发电。近五年来承担了国家自然科学基金、教育部“跨世纪优秀人才”基金、国际合作等19项科研项目,总研究经费达453万元。发表学术论文118篇,其中SCI收录28篇,EI收录35篇,获国际发明专利2项。

张荻,男,1957年3月出生。材料学学科长江学者奖励计划特聘教授。1988年3月获日本大阪大学博士学位,1988年 ...

张荻,男,1957年3月出生。材料学学科长江学者奖励计划特聘教授。1988年3月获日本大阪大学博士学位,1988年 ...


姓名:         张荻
职称:         讲席教授(教育部长江学者)
博导/硕导:         博导
所属二级机构:          复合材料研究所
通讯地址:         上海市闵行区东川路800号交通大学材料学院D楼323室
邮编:         200240
E-mail:         zhangdi@sjtu.edu.cn
联系电话:         86-21-34202634
从事专业:        1.金属基复合材料制备科学 2.遗态材料的基础及应用研究
学习与工作简历:        
学习简历:
1978.01-1982.02 西安交通大学材料科学系 本科
1982.10-1985.03 日本大阪大学材料科学系 硕士
1985.04-1988.03 日本大阪大学材料科学系 博士工作简历:
1974.04-1976.12 陕西省周至县高家庄大队 知青
1977.01-1978.01 西安电工铸造厂 工人
1988.09-1989.12 上海交通大学材料科学与工程学院 讲师
1990.01-1993.12 上海交通大学材料科学与工程学院 副教授
1993.12-至今 上海交通大学材料科学与工程学院 教授海外工作经历:
1991.12-1993.11 日本Yuasa中央研究所 访问学者
1994.08-1995.05 日本Yuasa中央研究所 访问学者
1996.11-1997.03 日本京都大学材料科学与工程系 访问教授
1997.11-1998.02 日本大阪大学超高压电镜中心 访问教授
2001.07-2001.10 德国Max-Planck研究所 访问教授
2003.01-2008(2月/年)日本佐贺大学电气电子工程系 访问教授
研究方向一        金属基复合材料制备科学
研究方向二        遗态材料的基础及应用研究
研究情况        
1)金属基复合材料:主要研究轻质高强金属基(Al、Mg、Ti)复合材料的制备科学的关键问题,重点针对金属基复合材料的复合过程的基础科学问题,着重研究复合体系设计和优化,复合新技术,复合过程,加工成形及服役过程中的组织与性能的演变规律,从而为低成本高效制备性能优异的轻质高强多功能金属基复合材料奠定理论基础和应用途径。所研究的轻质高强多功能金属基复合材料在我国的航天及国家重要工程领域逐步得到验证和应用。
2) 遗态及其功能复合材料:提出遗态材料的研究方法,开展了遗态材料的探索研究。遗态材料的基本概念就是借用通过以自然生物为模板,利用物理化学方法传承生物体经自然亿万年优化的精美分级精细结构和形态,同时变异其化学组成,从而制备出既保留自然界的分级精细结构,又有人为赋予特性的新材料。通过所传承的生物精细结构与材质的耦合效应,得到响应性能大幅提高的新型材料,并开展关于转换结构与材质耦合效应机理等问题的基础和前沿的探索研究。这一研究已在国际上发表论文高影响力论文70余篇,遗态材料的英文专著1本,专著章节3章,国际会议特邀报告10余次,,先后6次入选国际期刊封面文章,9次入选国际期刊热门文章,6次入选国际期刊研究亮点,先后在国内外等科技媒体作为研究亮点报道、转载和评述600余次加拿大著名“Discovery Channel”对遗态材料研究进行采访和报道。
讲授主要课程        复合材料制备科学-博士生;遗态及其复合材料-本科生(讲座课)
教学研究        

代表性论文、论著        
2007年以来主要论文
1. Jie Han, Huilan Su, Qun Dong, Di Zhang, Xiaoxiao Ma, Chunfu Zhang, Patterning and photoluminescence of CdS nanocrystallites on silk fibroin fiber, Journal of Nanoparticle Research, 2010,12(1):347-356.
2. Fang Song, Huilan Su, Jie Han, Jiaqiang Xu, Di Zhang, Controllable synthesis and gas response of biomorphic SnO2 with architecture hierarchy of butterfly wings, Sensors and Actuators B-chemical, 2010, 145(1):39-45.
3. Wei Hong, Xiaobin Hu, Binyuan Zhao, Fan Zhang, Di Zhang, Tunable Photonic Polyelectrolyte Colorimetric Sensing for Anions, Cations and Zwitterions, Advanced Materials, DOI: 10.1002/adma.201002512.
4. Shenmin Zhu, Di Zhang, Jiajun Gu, Jiaqiang Xu, Junping Dong, Jinlong Li, Biotemplate fabrication of SnO2 nanotubular materials by a sonochemical method for gas sensors,Journal of Nanoparticle Research,2010, 12(4):1389-1400.
5. Han Zhou, Xufan Li, Tongxiang Fan, Frank E. Osterloh, Jian Ding, Erwin M. Sabio,Di Zhang,QixinGuo, Artificial Inorganic Leafs for Efficient Photochemical Hydrogen Production Inspired by Natural Photosynthesis, Advanced Materials, 2010, 22(9):951-956.
6. Han Zhou, Tongxiang Fan, Xufan Li, Di Zhang, Qixin Guo, Hiroshi Ogawa, Biomimetic photocatalyst system derived from the natural prototype in leaves for efficient visible-light-driven catalysis,Journal of Materials Chemistry, 2009,19(18): 2695-2703.
7. Zhaoting Liu, Tongxiang Fan, Di Zhang, Xiaolu Gong, Jiaqiang Xu, Hierarchically porous ZnO with high sensitivity and selectivity to H2S derived from biotemplates, Sensors and Actuators B-Chemical, 2009,136(2):499-509.
8. Yu Chen, JiaJun Gu, Shenmin Zhu,Tongxiang Fan, Di zhang, Qixin Guo, Iridescent large-area ZrO2 photonic crystals using butterfly as templates, Applied Physics Letters, 2009,94(5): 053901-1-3.
9. Han Zhou, Tongxiang Fan, Ting Han, Xufan Li, Jian Ding, Di Zhang, Qixin Guo and Hiroshi Ogawa, Bacteria-based controlled assembly of metal chalcogenide hollow nanostructures with enhanced light-harvesting and photocatalytic properties, Nanotechnology, 2009,20(8): 1-10.
10. Xufan Li, Tongxiang Fan, Han Zhou, Suk-Kwun Chow, Wang Zhang , Di Zhang, Qixin Guo, Hiroshi Ogawa, Enhanced Light-Harvesting and Photocatalytic Properties in Morph-TiO2 from Green-Leaf Biotemplates, Advanced Functional Materials, 2009,19(1): 45-56.
11. Wang Zhang, Di Zhang, Tongxiang Fan, Jiajun Gu, Jian Ding, Hao Wang, Qixin Guo, Hiroshi Ogawa, Novel Photoanode Structure Templated from Butterfly Wing Scales, Chemistry of Materials, 2009,21(1):33-40.
12. Jie Han, Huilan Su, Fang Song, Jiajun Gu, Di Zhang, and Limin Jiang, Novel Photonic Crystals: Incorporation of Nano-CdS into the Natural Photonic Crystals within Peacock Feathers, Langmuir,2009, 25(5), 3207-3211.
13. Tong-Xiang Fan, Suk-Kwun Chow, Di Zhang, Biomorphic mineralization: From biology to materials, Progress in Materials Science, 2009, 54: 542–659.
14. Congfa Zhang, Tongxiang Fan, Wei Cao, Di Zhang, A model for work of solid–liquid adhesion in multicomponent melts, Acta Materialia,2009, 57(12):3623–3632.
15. Zhu SM, Zhang D, Chen ZX, Gu JJ, Li WF, Jiang HB, Zhou G, A simple and effective approach towards biomimetic replication of photonic structures from butterfly wings, Nanotechnology, 2009,20 (31): 315303 (8pp).
16. Zhu SM, Zhang D, Chen ZX, Zhang YM, Controlled synthesis of core/shell magnetic iron oxide/carbon systems via a self-template method, Journal of Materials Chemistry, 2009, 19(41): 7710-7715.
17. Junqiang Lu, Jining Qin, Weijie Lu, Yifei Chen, Di Zhang, Hongliang Hou, Hot deformation behavior and microstructure evaluation of hydrogenated Ti-6Al-4V matrix composite, International Journal of Hydrogen Energy, 2009, 34(22):9266-9273.
18. Junqiang Lu, Jining Qin, Weijie Lu, Yifei Chen, Di Zhang, Hongliang Hou, Effect of hydrogen on superplastic deformation of (TiB+TiC)/Ti-6Al-4V composite. International Journal of Hydrogen Energy, 2009, 34(19):8308-8314.
19. Shenmin Zhu, Di Zhang, Zhiqiang Li, Hiroyasu Furukawa and Zhixin Chen, Precision replication of hierarchical biological structures by metal oxides using a sonochemical method , Langmuir, 2008, 24 (12): 6292-6299.
20. Xiaobin Hu, Guangtao Li, Jing Huang, Di Zhang, and Yong Qiu, Construction of self-reporting specific chemical sensors with high sensitivity, Advanced Materials, 2007,19(24 ): 4327-4332.
毕业博士生数        24
毕业硕士生数        12
参加学术团体、任何职务        现任上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室主任,中国复合材料学会常务理事、金属基及陶瓷基复合材料专业委员会主任。《复合材料学报》副主编,《金属学报》、《科学通报》、国际期刊《Composites Science and Technology》编委。先后在日本Yuasa中央研究所、大阪大学超高压电镜中心、京都大学材料系、佐贺大学电子系和德国Max-Planck金属研究所、法国特鲁瓦大学机械材料并行实验室作访问学者和教授。
申请专利        授权中国:60余项, 日本;2项
荣誉和奖励        获国家自然科学二等奖一项,上海市自然科学一等奖二项,上海市科技进步奖一等奖一项,二等奖一项,国防科技进步奖一项,国家级教学二等一项奖,并指导的研究生获上海市优秀博士论文8篇、全国优秀博士论文2篇。
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发表于 2018-3-17 17:26:37 | 显示全部楼层
  在影响金属基复合材料性能的诸多因素中,界面起着“桥梁”作用,是载荷传递的“纽带”,而实现对界面结合强度的准确测定,将会为金属基复合材料的优化设计和理论建模提供定量的数据参考。然而,对于实际的颗粒增强金属基复合材料,由于颗粒形貌的不规则性和其界面结构的复杂性,国际上长期以来缺乏用来评价其界面结合强度的有效方法,现有的界面结合强度数据多来源于特定假设和简化模型下对宏观力学性能数据的拟合,使得建模拟实和实验脱节。

    启迪于微纳力学研究,金属基复合材料国家重点实验室张荻教授研究组,创新性地利用聚焦离子束在SiC/Al复合材料上制备出了含有单一的复合界面的微柱试样,进而使用配备平头压头的纳米压痕仪对复合微柱进行等应变速率的单轴压缩。从压缩应力-应变曲线及其形变前后的微结构形貌,在国际上首次成功定量测得颗粒增强金属基复合材料的界面剪切强度(133±26 MPa)。而且,研究发现在形变后的Al基体中出现了晶粒细化现象,其原因可归结为由于倾斜界面引入而导致的不均匀形变。相关成果发表在金属材料领域一流期刊《Scripta Materialia》(Scripta Materialia, 2016, 114: 56–59),并得到杂志编辑、荷兰格罗宁根大学Jeff Th.M. De Hosson教授的高度评价:“(作者)使用微柱测试研究金属基复合材料界面强度是一个新颖的想法,并得到很好的实现(using micro-pillar testing to measure the interfacial strength of an MMC is a novel idea and the authors have executed this well)”。

颗粒增强金属基复合材料

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发表于 2018-3-17 17:29:49 | 显示全部楼层
强度与塑(韧)性倒置关系是人造结构材料的突出矛盾,成为制约高强金属应用的主要因素。反观自然,通过对简单组分的精细结构调控,自然界结构材料如珍珠母,骨头等依托独特的“砖砌式叠层构型”,实现了强度与韧性实现了完美匹配。这阐明可以利用结构调控的方式,改善强度与韧性的本征倒置关系。启迪于自然,我们可以将这种具有强韧性能潜力的精细生物结构引入到金属基复合材料体系中。通过仿造自然结构材料珍珠母等存在的“砖砌式叠层构型”实现金属基复合材料中强度与韧性的和谐统一。

    金属基复合材料国家重点实验室张荻教授研究组利用创新性的粉末自组装工艺制备了具有仿生叠层结构的石墨烯增强铝基复合材料块体。依托于仿生构型,复合材料不仅充分发挥了石墨烯增强效果,获得了高强度高模量的力学性能,而且首次实现了强度与韧性的同步提升。研究中利用原位TEM,SEM等手段详细阐述了石墨烯/铝复合界面对铝基体中位错运动行为的影响(本征韧化)以及仿生构型的跨尺度、协同增强机制(外在韧化),详细地揭示了仿生构型的强韧化机制。该工作为具有高强高韧力学性能的金属基复合材料提供研究思路与制备途径。相关成果发表在《Nano Letters》上(Nano Letters,15,8077-8083,2015)。

石墨烯增强铝基复合材料

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发表于 2018-5-15 08:36:44 | 显示全部楼层

二维(2D)材料由于其独特的电学、力学和光学性能受到各国研究学者的极大关注。2011年,美国德雷塞尔大学的研究者采用了一种选择性刻蚀块体材料的方法制备出了一类新型二维材料:MXene。该方法通过刻蚀MAX相材料(一种三元层状结构材料)中的A原子层从而获得过渡金属碳/氮化物二维材料。 MXene的一般通式为Mn+1XnTx,其中M是过渡金属,X是碳(C)、氮(N)或者碳氮(CN),n=1, 2, 3,T则代表表面端基,如-O,-OH,或-F等。目前MXene在超级电容器,锂离子/钠离子电池、电磁屏蔽、污水净化、电催化等领域都展现出卓越的应用前景。

然而目前MXene的合成方法一般采用高浓度的HF或者氟化物与强酸的混合物来刻蚀MAX相中的A原子层,这样得到的MXene带有大量的F端基。一方面HF十分危险并且F端基会降低材料的电化学性能,更重要的是MAX相中A原子大多数为酸性元素而HF相关的方法仅适用于刻蚀含有碱性和两性元素的MAX相。基于以上的情况,迫切需要一种无氟并且可以刻蚀酸性元素的合成方法来制备新的MXene。

不同温度和NaOH浓度条件下Ti3AlC2和NaOH水溶液的反应机理

不同温度和NaOH浓度条件下Ti3AlC2和NaOH水溶液的反应机理

近日,上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室张荻教授和顾佳俊教授课题组报道了一种利用水热法碱刻蚀合成无氟高纯MXene材料——Ti3C2Tx(T= -OH, -O)的方法。在理论上,虽然普遍认为碱可以刻蚀Ti3AlC2中的Al元素,但现有的报道中还无法仅用碱来实现高纯度Ti3C2Tx的制备,其主要动力学阻碍来自于反应中产生的Al的氧化物和氢氧化物。启迪于铝工业中的Bayer法,最终研究者实现了利用NaOH刻蚀Ti3AlC2中的Al元素。该制备过程全程未使用含氟试剂并且得到的产物纯度高达92 w%(27.5M NaOH,270℃水热处理)。由于产物不含F端基, 制备的Ti3C2Tx薄膜电极(厚度为52 μm,密度为1.63g·cm-3)在1M H2SO4,扫描速度2mVs-1条件下的质量比电容和体积比电容高达314 F·g-1、511 F·cm-3,相对于HF制备的多层Ti3C2Tx质量比电容提高了214%。此外该方法还可用于通过刻蚀含有酸性A元素的MAX相来制备新型MXene材料。该成果以“Fluorine-Free Synthesis of High-Purity Ti3C2Tx (T= -OH, -O) via Alkali Treatment”为题发表在Angew. Chem. Int. Ed.上。该工作的共同第一作者为上海交通大学材料学院的博士研究生李腾飞和硕士研究生姚露露。





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张荻 -材料的复合化与仿生构型研究

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发表于 2018-9-16 08:52:31 | 显示全部楼层
复合所张荻、欧阳求保教授团队助力“海洋一号C”卫星成功发射


2018年9月7日11时15分,我国在太原卫星发射中心用长征二号丙运载火箭,成功将“海洋一号C”卫星发射升空,卫星进入预定轨道。
“海洋一号C”星是我国第三颗海洋水色系列卫星,是我国民用空间基础设施规划的首颗海洋业务卫星。将为全球大洋水色水温业务化监测,为我国近海海域与海岛、海岸带资源环境调查、海洋防灾减灾、海洋资源可持续利用、海洋生态预警与环境保护提供数据服务,也可为气象、农业、水利等行业应用提供支持。
此次“海洋一号C”星上,上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室张荻教授、欧阳求保教授团队研发的轻质高性能铝基复合材料得到成功应用,研制的四种关键构件30余件应用于卫星上。
近三十年来,该团队一直致力于高性能铝基复合材料的研究与开发,并已经应用于我国航天领域多个型号。此次应用的轻质高性能铝基复合材料,其刚度比原来提高了60%,尺寸稳定性大幅提高。采用这种高性能铝基复合材料制成的光学底板、安装底板、侧支撑等四种关键构件30余件,成功应用在了“海洋一号C”星的五大载荷之一“紫外成像仪”上,解决了高精密仪器的关键机构在应力场、温度场下变形的难题,有效地保证了高精密仪器的精度和稳定运行,并实现了载荷的轻量化。
据悉,计划明年发射的“海洋一号D”卫星,继续使用该团队提供的高性能材料构件,目前已提供正样,后续将持续供件。“海洋一号C”卫星将与“海洋一号D”卫星组建我国首个海洋民用业务卫星星座,实现高精度、高时效、大幅宽观测。


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发表于 2019-11-3 16:36:33 | 显示全部楼层
人们迫切需要高效率的导体,因为它们能在广泛的应用中带来更高的工作性能和更少的能源消耗。然而,传统导体的导电性能的改善是有限的,如金属的提纯和单晶生长。这里,通过在金属(铜、铝、银)中嵌入石墨烯,克服了石墨烯中载流子迁移率与载流子密度之间的权衡,通过精细的界面设计和形态控制,同时实现高的电子迁移率与高的电子密度。因此,在这种嵌有石墨烯的材料中,最高导电率比记录的最高导电率高出三个数量级(Cu高出3000多倍)。使用石墨烯作为增强材料,在极低体积石墨烯含量(体积分数仅为0.008%)的石墨烯/Cu复合材料中,其电导率高达国际退火铜标准的117%,明显高于Ag的电导率。该研究结果对于提高金属在电气和电子中的应用效率和节能具有重要意义,并且对于石墨烯中电子行为的基础研究也具有重要意义。
相关研究成果于2019年由上海交通大学张荻课题组,发表在Adv. Funct. Mater. (https://doi.org/10.1002/adfm.201806792)上。原文:Ultrahigh Electrical Conductivity of Graphene Embedded in Metals。



CVD法石墨烯

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