單斌 教授

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2014-09-11 21:09:08 作者: 所屬分類:教師 閱讀:5129

基本信息

單斌,男,1978年9月生,浙江寧波人。華中科技大學料學院教授、博士生導師,材料科學與技術系主任。兼任德州大學達拉斯分校材料系客座教授,中科院寧波材料所客座研究員。教育部新世紀優秀人才支持計劃獲得者,湖北省特聘專家,湖北省杰出青年基金獲得者,美國材料學會會員。

主要經歷

  • 2010-至今華中科技大學材料科學與工程學院教授,德州大學達拉斯分校客座教授,中科院寧波材料所客座研究員;
  • 2006-2010 硅谷創投公司計算納米部門資深科學家;
  • 2001-2006 美國斯坦福大學應用物理系博士,電子工程博士輔修學位;
  • 1997-2001 清華大學物理系學士。

研究方向

單斌教授領導的“先進材料設計實驗室”的研究特點在于利用原子層沉積等納米可控的實驗手段,緊密結合跨尺度方法數值模擬以及先進的表征手段,研究新型催化和能源材料的奇特性質和器件性能。具體的研究領域包括:

1. 新型復合催化劑的理性設計

機動車尾氣排放的一氧化碳、氮氧化合物、碳氫化合物等是嚴重的大氣污染物,是導致酸雨、霧霾等極端氣候的根源之一,對人體健康和環境構成嚴重威脅。研究高效的復合催化劑以替代價格昂貴、儲量稀缺的貴金屬對汽車行業的發展及環境保護有著重要意義。我們致力于利用非常規的合成手段和氣相沉積改性,并結合多尺度的方法優化其催化性能,研究催化機理,為設計發展新型催化劑提供新的思路。在前期工作中,我們結合實驗和理論計算方法成功開發了新型的莫來石復合催化劑,該成果發表于2012年的Science雜志。后續的研究除了將復合催化劑用于尾氣處理,也嘗試將其用于燃料電池、光催化和光解水等和分解氧有關的催化反應,該項目獲得國家重大科學研究計劃青年科學家專題的資助。另外,航空航天中使用的推進劑由于其高活性和高能量密度,需要合適的手段進行改性和包覆,從而達到熱量釋放的可控性。傳統的液相工藝由于改性過程中容易和溶劑發生不可逆轉的復雜作用,從而導致推進劑的失效。而基于氣相方法沉積包覆的復合材料,可以有效地取得納米尺度的致密包覆,從而達到燃料的可控燃燒。

2. 原子層沉積工藝的工藝流程和設備開發

原子層沉積技術(atomic layer deposition, ALD)已經逐漸成為了沉積功能薄膜的重要技術之一。該技術可以在納米級尺度上精確控制物質成分和形貌,它可以將被沉積物質以單原子膜的形式一層一層的鍍在基底表面。原子層沉積技術具有沉積大面積均勻薄膜,膜厚納米級可控生長,低溫條件沉積,適合各種復雜基底(如高深寬比的結構)的優異性能。這些獨特的優勢使原子層沉積技術在大規模集成電路、新型能源、催化劑,儲能材料等方面均有著重要的應用前景。我們主要通過運用ANSYS,Fluent,Matlab等分析軟件研究其腔體氣流的流體運動以及熱傳導性質,利用第一性原理計算基元反應的路徑,對原子層沉積的化學反應過程和反應中的流場分布進行模擬以確定和優化原子層沉積的工藝參數,利用PLC和FPGA等實現溫控算法,研究開發適合特殊需求的原子層沉積設備。

3. 跨尺度模擬和材料基因組工程

2011年6月美國國家科學技術政策辦公室組織了一個材料基因組計劃(MGI),將材料計算設計、數據處理以及綜合的工業化過程列為政府重點投資的方向,我國也特別組織了“材料科學系統工程”香山會議對材料計算設計進行了研討。因為現代材料計算學的發展,通過材料計算而實現先進材料的設計成為可能。如果利用材料基因組的方法來進行材料設計,周期可以縮小一半,而費用則只有幾分之一或幾十分之一。 微觀模擬和跨尺度模擬是材料基因組的核心組成。材料的性質,特別是力學性質,通常是多尺度的過程相互關聯,包括從原子尺度到宏觀尺度。目前我們的研究主要集中在基于第一性原理結果的原子勢場開發,用反演勢發展適合于跨尺度模擬的經驗勢場,并將其運用于TiAl合金等航空關鍵材料、鋰電等儲能材料的性質計算。課題組已經自主發展了基于Chen-Mobius反演的MEAM分子動力學程序,并且利用計算模擬成功預測了一些復合碳基材料的新構型和新型能。進一步,我們將設計低維碳基材料的雜化結構,包括納米樹芽、雜化管束、納米支撐結構等,從理論上探索它們表現出來的新奇的力學、電學、光學等特性,并深入研究這些新型碳基雜化結構在納米電子學以及能源材料如儲氫,鋰離子電池電極材料等方面的應用。

科研成果

單斌教授主要從事材料的理性設計和材料的計算模擬技術開發,通過對材料性質的計算模擬,加速先進材料的研發過程。在Science (IF=31.8), ACS Nano (IF=9.8), Phys. Rev. Lett.(IF=7.3)等國際權威期刊發表論文30余篇,其中部分科研成果已經成功實現產業化。課題組的研究領域涉及高效金屬-氧化物復合催化劑的催化機理研究、原子層沉積(ALD)工藝的數值模擬、地維碳基材料的電子及輸運性質研究和高精度的分子動力學原子勢場的開發等。目前負責、參與的研究項目包括:國家重大科學研究計劃青年科學家專題、國家自然科學青年科學基金、教育部創新團隊、校自主創新基金、國際合作項目等。單斌教授同時還擔任Physical Review Letters, Physical Review B, Composite Science and Technology, Nanotechnology, Applied Physics A, Journal of Nanoparticle Research, Journal of Physical Chemistry, Solid State Communications, Mater. Res. Soc. Symp. Proc.等國際權威期刊的審稿人。

部分代表作

  1. Y. W. Wen, X. Liu, X.B. Duan, K. Cho, R. Chen, and Bin Shan*, “Theoretical Study of sp2?sp3 Hybridized Carbon Network for Li-ion Battery Anode”, Journal of Physical Chemistry C, 117 (2013) 4951.
  2. W. Wang, G. McCool, N. Kapur, G. Yuan, Bin Shan, M. Nguyen, U. Graham, B. Davis, G. Jacobs, K. Cho, and X. Hao, “Mixed-Phase Oxide Catalyst Based on Mn-Mullite (Sm,Gd)Mn2O5 for NO Oxidation in Diesel Exhaust”, Science, 337 (2012), 832.
  3. C. Gong, D. Hinojos, W. Wang, N. Nijemt, Bin Shan, K. Cho, and Y. J. Chabal, “Metal-Graphene-Metal Sandwich Contacts for Enhanced Interface Bonding and Work Function Control”, ACS Nano, 6 (2012), 5381.
  4. W. Wang, W. Yang, R. Chen, X. Duan, Y. Tian, D. Zeng, and Bin Shan*, “Investigation of band offsets of interface BiOCl:Bi2WO6: a first-principles study”, Physical Chemistry Chemical Physics, 14 (2012) 2450.
  5. Z.Z. Chen, Bin Shan*, R. Chen, “Electronic origin of the phase transition in ternary alloy Mo(Si1-x,Alx)2”, Applied Physics Letters, 98 (2011) 101903.
  6. Bin Shan*, L. Wang, S. Yang, Y. Zhao, J. Hyun, J.B. Nicholas and K. Cho, “First-principles-based embedded atom method for PdAu nanoparticles”, Physical Review B, 80 (2009) 035404.
  7. Bin Shan*, Y. Zhao, J. Hyun, N. Kapur, J.B. Nicholas and K. Cho, “Coverage Dependent CO Adsorption Energies from First-Principles”, Journal of Physical Chemistry C, 113 (2009) 6088.
  8. 8)Bin Shan*, N. Kapur, J. Hyun, L. Wang, J.B. Nicholas, and K. Cho, “CO-Coverage-Dependent Oxygen Dissociation on Pt(111) Surface”, Journal of Physical Chemistry C, 113 (2009) 710.
  9. A. Nojeh, Bin Shan, K. Cho, and R.F.W. Pease, “Ab initio Modeling of the Interaction of Electron Beams and Single-Walled Carbon Nanotubes”, Physical Review Letters, 96 (2006) 056802.
  10. Bin Shan and Kyeongjae Cho, “First Principles Study of Work Functions of Single Wall Carbon Nanotubes”, Physical Review Letters, 94 (2005) 236602.

對考生的基本要求

歡迎有志于從事博士后研究的學者加盟!
歡迎肯動腦筋、學習能力強、有責任心的同學報考并加入先進材料設計實驗室。讀碩士和博士學位的考生應具有扎實的基礎、學習能力強、英文說寫熟練、對材料的可控合成、材料的計算模擬、相關工藝及設備有濃厚興趣。歡迎材料、物理、機械電子等專業的同學報考,也特別歡迎具有材料、電子、化學、物理及工程等交叉背景的同學報考。希望在這個嚴謹認真、多學科交叉的集體里,度過充實而有意義的科研學習時光。

 

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