学院邀请希拉姆∙罗摩克里希院士主讲第46期黄岛讲坛

发布时间:2019-05-30作者:浏览次数:63



希拉姆罗摩克里希纳院士作“基于电纺材料的能源器件”主题报告 庄子薇摄影


副院长刘义主持报告 淡天俊摄影

师生与希拉姆罗摩克里希纳院士现场交流 淡天俊摄影

【本站讯】528日,受学院邀请新加坡国立大学机械工程系教授、纳米纤维与纳米技术中心主任,英国皇家工程院外籍院士希拉姆罗摩克里希纳做客第46期黄岛讲坛,为师生作题为“基于电纺材料的能源器件”的学术报告,200余名师生听取讲座。报告会由副院长刘义主持。

希拉姆罗摩克里希纳首先从研究与发展的角度,解读了纳米技术在未来的广阔前景,引出了静电纺丝技术。他从资本在全球创新中起到的巨大作用谈起,分析了纳米技术是一个广泛的领域,将对多方面的应用产生巨大的影响。一方面,近年来随着中国国力提升,在科研领域的投入越来越大,目前中国和美国是两个国家消耗了是全球每年50%的科研经费,纳米技术的研究与发展前景广阔。另一方面,在未来人类的生活中,5G、人工只能、大数据、物联网、纳米技术、3D打印、机器人、自动驾驶、量子计算、清洁能源等高新技术将极大的改变和重新塑造我们的生活。而溶液电纺技术在制备高品质的纳米材料,无论是基础理论还是应用方面已取得了较大的进展,既解决了能源配件严苛环境下的适应性,又开创了绿色能源发展的美好未来。

希拉姆罗摩克里希纳介绍了他们团队在纳米纤维和纳米颗粒,特别是基于静电纺丝技术材料制备方面的研究成果。他谈到溶液电纺技术制备高品质纳米材料是受大自然的启示:蜘蛛丝是强度最高的纤维之一,在蜘蛛吐丝过程中,多股单根纤维在向外延伸运动过程中聚集成丝束,最终碰撞到目标物固定下来。溶液电纺与这一过程十分相似。从注射器推出来的粘性溶液在静电场的拉力作用下形成丝束,收集在基底上形成纳米纤维。其课题组在电纺领域已有一系列的相关专著。“在五千万篇发表的学术论文中,只有163百篇的引用超过了1000次,而他们团队在电纺领域,却贡献了10篇高被引论文。”他说到。

希拉姆罗摩克里希纳讲到,经过多年的发展,电纺已经能够实现大规模的工业化制备。通过系统集成,电纺的纤维直接被编制成毡;电纺的纳米材料在过滤和分离、纺织、医疗、复合材料、能源、食品等等方面具有非常广泛的用途。通过电纺过程的合理设计以及材料的选择,可以制备得到性能优良的具有自修复性能的纳米纤维复合结构。选择纤维素作为前驱体时,可以实现碳纳米纤维的可持续化低成本生产。他举例到,风力发电机是一种超大型的设备,发电机机轮叶片直径超过了大型客机的翼展。提高风力发动机的性能需要一种轻质、高强的材料。而通过电纺技术制备出自修复材料就是一种很好的选择。还向大家展示了复合纤维的电纺生产线。
   随后,希拉姆罗摩克里希纳同大家讨论了太阳能应用技术的创新,并着重介绍了其研究团队基于电纺技术在太阳能电池的材料适应性创新技术、模块与组件设计以及智能系统集成、电化学储能系统方面的开创性研究和成果。为解决工业化过程中的难题以及提供低碳方案,他们在新加坡成立了太阳能研究院,组建了一个近百人的研究团队。并将研究重点放在通过技术创新提高材料的适用性和模块与组件设计以及智能系统集成等方面的创新,使太阳能电池能在严苛的、多样化的环境下更良好地运行。他表示,太阳能领域具有极大的市场潜力和社会效益,新加坡正在计划打造世界上最大的海上太阳能电站,这个电站的电量将满足新加坡80%的电力需求。此外,他们也关注了钒流电池储能系统的研究进展。这方面中国襄阳的大力电工处于领导地位。
   希拉姆罗摩克里希纳在简单介绍电纺纳米材料特性后,进一步阐述了电纺材料作为能源器件的优势。电化学储能系统在众多领域都具有重要的应用前景,是目前最热门的研究领域之一,也是未来重要的竞争方向,实现电池产业链的控制成为在未来的竞争中占得主动地位的关键。目前,LiFePO4是最合适的正极材料,负极材料则以碳材料为主。其研究团队在这方面开展了许多探索性研究。一是,通过电纺方式制备的一维碳材料体系具有更短的离子传输路径和电导率,可直接作为电极材料,也可以负载活性物质,作为电极材料使用时,具有非常不错的效果。二是,通过结构设计,制备空心碳纳米管包覆硅颗粒的复合结构,解决了硅纳米材料膨胀、粉化等难题,并制备出了双层管状结构锡酸钙、多级结构钴酸钙、钴酸镍等其他纤维结构纳米电极材料。三是在进行电纺锰酸锂纤维以及磷酸铁锂/碳复合纤维等电纺纤维作正极材料的研究中发现其性能均明显优于商品化产品。对此希拉姆罗摩克里希纳表示,电纺纤维的应用不局限于锂离子电池电极材料,同时还可用于锂硫电池、钠离子电池、柔性锌-空电池、超级电容器等等。此外,还可以通过电纺制备碳纤维布、替代铜箔制备更轻的电池。

报告最后,希拉姆·罗摩克里希纳就相关问题与到场师生进行热烈讨论,他总结道,创新的应用需要产品设计、材料选择、材料制备、材料保护等流程,纳米技术在这一过程中大有可为,期待大家能努力探索,共同为人类的美好未来做贡献。

希拉姆罗摩克里希纳(Seeram Ramakrishna),新加坡国立大学机械工程系教授、纳米纤维与纳米技术中心主任,英国皇家工程院外籍院士,新加坡工程院院士,印度国家工程院院士,东盟工程技术院院士。先后出版专著6部,发表国际期刊论文700余篇,论文引用率近4.4万次,H因子超过100,研究成果被翻译成多国语言出版,是新加坡历史上被索引最多的学者。其科研团队在多个科学领域进行了独创性研究,主要研究方向为静电纺丝纳米分子复合材料、生物复合材料的制备和应用,特别是利用新颖方法制备纳米纤维和纳米粒子,在纳米科技领域做出了巨大贡献。因其在科学研究上的突出成就,先后获得了多个世界奖项。