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學院邀請希拉姆?羅摩克里希院士主講第46期黃島講壇

發布時間:2019-05-30作者:瀏覽次數:89



希拉姆?羅摩克里希納院士作“基于電紡材料的能源器件”主題報告 莊子薇攝影


副院長劉義主持報告 淡天俊攝影

師生與希拉姆?羅摩克里希納院士現場交流 淡天俊攝影

【本站訊】528日,受學院邀請新加坡國立大學機械工程系教授、納米纖維與納米技術中心主任,英國皇家工程院外籍院士希拉姆?羅摩克里希納做客第46期黃島講壇,為師生作題為“基于電紡材料的能源器件”的學術報告,200余名師生聽取講座。報告會由副院長劉義主持。

希拉姆?羅摩克里希納首先從研究與發展的角度,解讀了納米技術在未來的廣闊前景,引出了靜電紡絲技術。他從資本在全球創新中起到的巨大作用談起,分析了納米技術是一個廣泛的領域,將對多方面的應用產生巨大的影響。一方面,近年來隨著中國國力提升,在科研領域的投入越來越大,目前中國和美國是兩個國家消耗了是全球每年50%的科研經費,納米技術的研究與發展前景廣闊。另一方面,在未來人類的生活中,5G、人工只能、大數據、物聯網、納米技術、3D打印、機器人、自動駕駛、量子計算、清潔能源等高新技術將極大的改變和重新塑造我們的生活。而溶液電紡技術在制備高品質的納米材料,無論是基礎理論還是應用方面已取得了較大的進展,既解決了能源配件嚴苛環境下的適應性,又開創了綠色能源發展的美好未來。

希拉姆?羅摩克里希納介紹了他們團隊在納米纖維和納米顆粒,特別是基于靜電紡絲技術材料制備方面的研究成果。他談到溶液電紡技術制備高品質納米材料是受大自然的啟示:蜘蛛絲是強度最高的纖維之一,在蜘蛛吐絲過程中,多股單根纖維在向外延伸運動過程中聚集成絲束,最終碰撞到目標物固定下來。溶液電紡與這一過程十分相似。從注射器推出來的粘性溶液在靜電場的拉力作用下形成絲束,收集在基底上形成納米纖維。其課題組在電紡領域已有一系列的相關專著?!霸谖迩f篇發表的學術論文中,只有163百篇的引用超過了1000次,而他們團隊在電紡領域,卻貢獻了10篇高被引論文?!彼f到。

希拉姆?羅摩克里希納講到,經過多年的發展,電紡已經能夠實現大規模的工業化制備。通過系統集成,電紡的纖維直接被編制成氈;電紡的納米材料在過濾和分離、紡織、醫療、復合材料、能源、食品等等方面具有非常廣泛的用途。通過電紡過程的合理設計以及材料的選擇,可以制備得到性能優良的具有自修復性能的納米纖維復合結構。選擇纖維素作為前驅體時,可以實現碳納米纖維的可持續化低成本生產。他舉例到,風力發電機是一種超大型的設備,發電機機輪葉片直徑超過了大型客機的翼展。提高風力發動機的性能需要一種輕質、高強的材料。而通過電紡技術制備出自修復材料就是一種很好的選擇。還向大家展示了復合纖維的電紡生產線。
   隨后,希拉姆?羅摩克里希納同大家討論了太陽能應用技術的創新,并著重介紹了其研究團隊基于電紡技術在太陽能電池的材料適應性創新技術、模塊與組件設計以及智能系統集成、電化學儲能系統方面的開創性研究和成果。為解決工業化過程中的難題以及提供低碳方案,他們在新加坡成立了太陽能研究院,組建了一個近百人的研究團隊。并將研究重點放在通過技術創新提高材料的適用性和模塊與組件設計以及智能系統集成等方面的創新,使太陽能電池能在嚴苛的、多樣化的環境下更良好地運行。他表示,太陽能領域具有極大的市場潛力和社會效益,新加坡正在計劃打造世界上最大的海上太陽能電站,這個電站的電量將滿足新加坡80%的電力需求。此外,他們也關注了釩流電池儲能系統的研究進展。這方面中國襄陽的大力電工處于領導地位。
   希拉姆?羅摩克里希納在簡單介紹電紡納米材料特性后,進一步闡述了電紡材料作為能源器件的優勢。電化學儲能系統在眾多領域都具有重要的應用前景,是目前最熱門的研究領域之一,也是未來重要的競爭方向,實現電池產業鏈的控制成為在未來的競爭中占得主動地位的關鍵。目前,LiFePO4是最合適的正極材料,負極材料則以碳材料為主。其研究團隊在這方面開展了許多探索性研究。一是,通過電紡方式制備的一維碳材料體系具有更短的離子傳輸路徑和電導率,可直接作為電極材料,也可以負載活性物質,作為電極材料使用時,具有非常不錯的效果。二是,通過結構設計,制備空心碳納米管包覆硅顆粒的復合結構,解決了硅納米材料膨脹、粉化等難題,并制備出了雙層管狀結構錫酸鈣、多級結構鈷酸鈣、鈷酸鎳等其他纖維結構納米電極材料。三是在進行電紡錳酸鋰纖維以及磷酸鐵鋰/碳復合纖維等電紡纖維作正極材料的研究中發現其性能均明顯優于商品化產品。對此希拉姆?羅摩克里希納表示,電紡纖維的應用不局限于鋰離子電池電極材料,同時還可用于鋰硫電池、鈉離子電池、柔性鋅-空電池、超級電容器等等。此外,還可以通過電紡制備碳纖維布、替代銅箔制備更輕的電池。

報告最后,希拉姆·羅摩克里希納就相關問題與到場師生進行熱烈討論,他總結道,創新的應用需要產品設計、材料選擇、材料制備、材料保護等流程,納米技術在這一過程中大有可為,期待大家能努力探索,共同為人類的美好未來做貢獻。

希拉姆?羅摩克里希納(Seeram Ramakrishna),新加坡國立大學機械工程系教授、納米纖維與納米技術中心主任,英國皇家工程院外籍院士,新加坡工程院院士,印度國家工程院院士,東盟工程技術院院士。先后出版專著6部,發表國際期刊論文700余篇,論文引用率近4.4萬次,H因子超過100,研究成果被翻譯成多國語言出版,是新加坡歷史上被索引最多的學者。其科研團隊在多個科學領域進行了獨創性研究,主要研究方向為靜電紡絲納米分子復合材料、生物復合材料的制備和應用,特別是利用新穎方法制備納米纖維和納米粒子,在納米科技領域做出了巨大貢獻。因其在科學研究上的突出成就,先后獲得了多個世界獎項。


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