Laboratory of Advanced Materials and Application

实验室概况

                     

　　

    新材料应用实验室依托物理与机电工程学院建设，涉及物理、材料、工程技术等多门学科，是我院教学和科研的重要平台。现实验室面积110平方，建设投资基金300余万元。拥有大型仪器设备包括：高真空多靶磁控溅射镀膜机、MEVVA 源复合高能离子注入机、拉曼光谱测试仪、真空管式退火炉、紫外-可见分光光度计、材料力学性能综合测试平台等，使实验室的研究条件得到基本保障。

　　新材料应用实验室旨在通过物理研究、材料设计、材料加工、试验评价等一系列研究过程，创造出性能优异和满足特殊需要的新型材料，并依靠高新技术拓展新材料应用的深度和广度。实验室以材料先进复合制备与应用技术和材料微观设计与计算机模拟为主要研究方向，重点开展材料表面改性技术、金属材料表面涂镀层技术、功能纳米薄膜材料制备与应用以及材料微观设计理论与计算机模拟的应用研究。

　　新材料应用实验室紧紧围绕国家、省和地方发展的战略目标，针对学科发展前沿和国家重大科技问题，开展创新性研究。其目标是在新材料制备与应用领域获取原始创新成果和自主知识产权，通过不懈努力使其成为我校乃至我省新材料制备与应用的研发平台，力争成为服务学术队伍建设、服务学科建设、服务人才培养以及服务地方经济的中心。

研究方向一：材料表面改性技术

　　离子注入及离子束材料改性是表面改性技术中的一种：离子注入技术是把某种元素的原子电离成离子，并使其在几十至几百千伏的电压下进行加速，在获得较高速度后射入放在真空靶室中的工件材料表面的一种离子束技术。材料经离子注入后，其表面的物理、化学及机械性能会发生显着的变化。周小东博士长期从事离子注入及离子束材料改性工作，对离子注入的原理及实际操作较为熟悉，主要将离子注入技术应用于纳米材料科学研究中，主持1项和参与多项国家自然科学基金，在此领域中发表多篇SCI研究论文，多次参加此领域的国际、国内学术会议。其主要研究领域是离子束技术在纳米材料制备、材料改性及其应用研究领域中的应用。

研究方向二：涂镀层技术

　　涂镀层技术：硬质涂层通常是指过渡金属元素的碳化物、氮化物、硼化物及氧化物。由于硬质涂层具有较高的硬度、良好的耐磨性、化学稳定性、较强的耐热、抗氧化、耐腐蚀性、摩擦因数低，与基体附着牢固以及漂亮的可观性等特点，在刀具、机械加工、汽车制造等方面获得广泛应用。本方向研究人员主要从事CrN、TiN、VN基复合涂层研究，采用直流、射频多靶磁控溅射技术开展硬质涂层在刀具、成型模具、机械零部件上的应用研究。

研究方向三：功能纳米薄膜材料

　　功能薄膜材料通常具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学等功能中的某一或某些功能，因此在节能环保、新能源、高端装备制造业、生物技术等新型行业中具有广泛的应用前景。宽禁带半导体材料SiC、ZnO、TiO₂等宽禁带半导体的研究是我们正在开展的一个重要分支方向。实验团队成员孙现科博士在SiC半导体外延薄膜进行了较深入的研究，参与了两个国家自然科学基金项目和一个天津市科学基金项目，取得了重大研究成果，已在外文期刊发表多篇论文，并被SCI检索和他人多次引用。周小东博士在ZnO、TiO₂功能薄膜和SiC材料方面也做了大量研究工作，其研究成果已在SCI收录的外文期刊上发表数篇研究论文。磁性薄膜材料：探索不同过渡金属元素（Fe、Mn、Co、Cr等）掺杂及与非磁性元素共掺杂的SiC基DMS薄膜的生长条件与薄膜的微结构、磁性和输运性能之间的关系，制备出居里温度高于室温的稀磁半导体薄膜。在充分的结构表征和性能测试基础上，揭示此类薄膜中磁性起源和自旋相关的输运特性。光学薄膜材料：薄膜材料的离子注入法改性研究和金属纳米颗粒表面等离子激元增强半导体发光性能研究。

研究方向四：计算材料学

　　计算材料学是材料科学与计算机科学的交叉学科，是一门正在快速发展的新兴学科，是关于材料组成、结构、性能、服役性能的计算机模拟与设计的学科，是材料科学研究里的“计算机实验”。以密度泛函理论(DFT)为基础以及在此基础上发展起来的简单而具有一定精度的局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)的第一性原理电子结构计算方法，不仅能够给出描述体系微观电子特性的物理量如波函数、态密度、费米面、电子间互作用势等，以及在此基础上所得到的体现体系宏观物理特性的参量如结合能、电离能、比热、电导、光电子谱、穆斯堡尔谱等，而且它还可以帮助人们预言许多新的物理现象和物理规律。研究所成员张云丽博士长期从事第一性原理的计算研究工作，在铁基超导、稀磁半导体材料的理论研究上有深厚的研究基础，并取得了丰富的研究成果，参与两项国家自然科学基金，在此领域发表多篇SCI研究论文。主要研究方向：①采用第一性原理计算研究FeAs基体系，从理论上计算研究各体系的稳定构型、电子结构、磁性特征，并在此基础上探索新型的FeAs基高温超导体。②基于第一性原理探究ZnAs基稀磁半导体的稳定构型，分析、研究Mn单掺及Mn和K或Ba共掺杂ZnAs基体系对其电子结构及磁性的影响，揭示磁性来源。

实验室主要成员简介

 

 

周小东博士

　　周小东，1982年11月出生，河南周口人，中共党员。周口师范学院机械与电气工程学院教师、博士；2012年6月毕业于武汉大学材料物理与化学专业。

 

 

主要研究领域：
　　物理学教育、材料科学、离子注入及离子束材料改性、表面功能材料。

 

 

主讲课程：
　　热力学与统计物理、材料学导论、大学物理。

 

 

近年来发表的论文：

　　1. Fabrication and properties of TiO₂ nanofilms on different substrates by a novel and universal method of Ti-ion implantation and subsequent annealing, Nanotechnology, 2013 (24) 255603 (SCI)

　　2. Enhanced efficiency of inverted polymer solar cells by using solution-processed TiOx /CsOx cathode buffer layer, Nanoscale Research Letters, 2015, 10:29 (SCI)

　　3. Controlling the formation and growth of TiO₂ nanofilms by Ti ion implantation and subsequent thermal annealing, Nuclear Science and Techniques, 2015 (6) (SCI)

　　4. Fabrication and evolution of nanostructure in Al2O3 single crystals by Zn⁺ ions implantation and thermal annealing, vacuum, 2013 (89): 132-135 (SCI)

　　5. Origin of white luminescence from Si+/C+ sequentially implanted and annealed silica, Journal of Applied Physics, 2012 (111): 084304 (SCI)

　　6. Mechanism of the enhancement and quenching of ZnO photoluminescence by ZnO-Ag coupling”, Europhysics Letters, 2011 (93) 75009 (SCI)

　　7. Surface plasmon-enhanced light emission using silver nanoparticles embedded in ZnO, Applied Physics Letters, 2010 (97): 071909 (SCI)

　　8. Influence of annealing temperatures and time on the photoluminescence properties of Si nanocrystals embedded in SiO₂, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 2009 (267): 3437-3442 (SCI)

　　9. One-Pot Reaction and Subsequent Annealing to Synthesis Hollow Spherical Magnetite and Maghemite Nanocages, Nanoscale Research Letters, 2009 (4): 926-931 (SCI)

　　10. Characterization of DC Reactive Magnetron Sputtered NiO Films Using Spectroscopic Ellipsometry Study, Applied Surface Science, 2011 (257) 5908-5912 (SCI)

　　11. Antibacterial silver-containing silica glass prepared by ion implantation, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 2010 (10): 6424-6427 (SCI)

　　12. Morphology Control and Optical Absorption Properties of Ag Nanoparticles by Ion Implantation, Journal of Materials Science and Technology, 2009 (25): 669-672 (SCI)

　　13.Au纳米颗粒和CdTe量子点复合体系发光增强和淬灭效应，物理学报，2015，64(16). (SCI)

　　14.热退火对离子注入制备Au纳米颗粒的生长和光学性能的影响, 材料热处理学报，2015，36(8) (EI)

　　15.Ti⁺ 离子注入结合热退火法制备TiO₂纳米薄膜研究.原子核物理评论，2015,32(2). (CSCD)

　　16.Mn掺杂SiC基稀磁半导体薄膜的结构和磁性研究，表面技术，2015,44(7). (CSCD)

　　17.电弧离子镀制备TiSiN纳米复合涂层，表面技术，2015,44(8).(CSCD)

　　18.化学势在热力学与统计物理学中的作用.周口师范学院学报，2015，33(2). （CN）

 

 

近年来主持的主要科研项目：
　　1.金属纳米颗粒表面等离激元增强半导体发光机理研究（编号：11405280） 国家自然科学基金 2014年

 

 

获奖情况：
　　1.优秀教师周口师范学院 2014年

　　2.优秀毕业论文指导教师 周口师范学院 2013年

 

 

主要联系方式：
　　Email：zhouxd516@163.com