东南大学材料学院孙正明

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孙正明，教授、博导、国家特聘专家、东南大学材料学院院长。东南大学本科，中科院金属所硕士，中科院金属所-维也纳大学联合培养博士。先后在中科院、维也纳大学（博士后）、日本丰桥技科大学（JSPS）、美国Drexel大学进行复合材料、金属间化合物、先进陶瓷等研究。回国前在日本产业技术综合研究所（AIST）任部长助理兼主任研究员。入选国家高层次人才计划。近年来，在金属性陶瓷MAX相材料、二维材料MXene等在能源环境领域的基础与应用研究中取得重要进展，得到国家重点研发、国家自然科学基金重点及面上、江苏省双创团队及人才等国家与地方的重大科研项目支持。获中国侨界贡献（创新人才）奖。


姓名：孙正明
性别：男
党派：中共党员
职称：教授/博导、硕导
联系方式：02552091086
电子邮箱：zmsun@seu.edu.cn        

研究方向：
1.MAX相材料的科学问题研究与工业应用
2.环境友好材料与器件的研究与开发
3.陶瓷材料、金属材料、复合材料、金属间化合物的基础与应用研究

教育工作经历
东南大学材料学院(原南工材料系)第一届毕业，中科院金属所金属物理硕士，中科院金属所、维也纳大学联合培养工学博士。先后在中科院、维也纳大学（博士后）、日本丰桥技科大学（JSPS）、美国Drexel大学（sabbatical）、日本国立岐阜大学（客座）开展科研与教学工作。自1997年起，任日本产业技术综合研究所（AIST）部长助理兼主任研究员（终身职位）等职。2012年任东南大学教授。

学术业绩及所获荣誉
在陶瓷、金属、金属间化合物、复合材料、热电转换材料、储氢等结构与功能材料的基础与应用领域，发表150多篇SCI学术论文，申请30多项发明专利。最近十年，主要活跃在金属性陶瓷材料，即MAX相材料领域，在国际著名材料科学期刊上发表了80多篇与此相关的学术论文，在大型国际会议上作邀请报告、任国际委员，并应邀为Inter. Mater. Rev.撰写长篇综述。申报了16项与此技术相关的专利（已授权10项），在日本的产业界引起了反响。2016年获“第六届中国侨届贡献奖”。

课题组简介
课题组由孙正明教授、田无边副教授、张培根讲师，以及博士、硕士研究生组成。从2016年起3人共同开设了一门针对本科2年级学生的专业基础课《材料科学基础》（全英文）。田老师在中科院获得博士学位，有长期海外工作经验。张老师在美国获得博士学位，年轻活跃，与学生能融为一体。三位老师都具有很好的英文功底，深厚科研积累与丰富的教学经验。目前课题组有在读博士研究生6名，硕士研究生11人。

课题组在研科研项目包括3项国家自然科学基金，3项省级科研项目以及企业合作科研项目等。

此外还与张亚梅教授课题组实行联合指导与管理，促进学科融合。两个组现有在读博士、硕士研究生近30名，在日常生活、学术活动等方面协同运行，形成了一个融洽的大家庭。

五篇代表性论文
1.Y. Liu, P. Zhang, Y.M. Zhang, J. Ding, J.J. Shi, Z.M. Sun*, Spontaneous  growth of Sn whiskers and a new formation mechanism, Mater. Lett.178 (2016)  111-114.
2.P. Zhang, Y. Zhang, Z.M. Sun*, Spontaneous Growth of Metal Whiskers on  Surfaces of Solids: A Review, J. Mater. Sci. Tech. 31 (2015) 675-698.
3.Z. M. Sun, Progress in Research and  Development on MAX Phases -a Family of Layered Ternary Compounds，Inter. Mater. Rev.56 (2011) 143-166.
4.Z.M. Sun, M.W. Barsoum, Y.M. Zhang, H. Hashimoto, On Equilibrium Ga Intergranular Films in Cr2GaC, Mater. Res. Lett., 1(2013) 109-113.
5.Z. M. Sun, H. Hashimoto, M.W. Barsoum, On the effect of  environment on spontaneous growth of lead whiskers from commercial brasses at  room temperature, Acta Mater.55 (2007) 3387-96.


主要研究方向
1.纳米层状材料及其复合材料的制备技术与应用研究
2.金属晶须自发生长现象及机理研究、电子封装材料中晶须问题的对策研究
3.多尺度计算材料学研究（第一性原理材料设计与性能预测，有限元法设计金属材料与构件工艺过程并预测其力学行为）
4.MAX相材料的科学问题研究与工业应用  
5.环境友好材料与器件的研究与开发
6.陶瓷材料、金属材料、复合材料、金属间化合物的基础与应用研究


意向学生、博士后、求职者
欢迎材料科学与工程、应用物理、化工、材料模拟等专业背景的学生，以及有志于材料研究与开发的基础学科领域，如物理、化学等专业背景的学生报考硕士生、博士生。
经过几年的学术训练与熏陶，研究生将具有独立承担科研课题的能力，具备用英语交流与写作的能力，成为具有国际化眼光的人才。毕业后择业面广，包括高等院校教师（博士），科研院所研究人员（博士为主），制造业、能源与环境关联行业等。
欢迎以上专业的博士毕业生以博士后的身份加盟课题组。
欢迎有博士后经历的年轻学者加盟，申报各种人才项目。

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东南大学材料学院孙正明教授研究团队在高性能储能材料领域取得重要研究进展。课题组在Journal of Materials Chemistry A（影响因子：8.867）, Energy Storage Materials（即时因子13.6）, Carbon（影响因子：6.337）等国际高水平期刊发表多篇研究论文。

随着电动汽车和可持续新能源的快速发展，新型二次电池成为国际前沿研究热点。提高储能的能量密度与功率密度、延长电池寿命以及改善电池的安全性、进一步控制电池的低成本化及资源再生等系列问题，对材料研究提出了更高的挑战。本研究团队（包括孙正明教授，陈坚教授，田无边副教授，章炜副教授和张培根博士）近年来针对锂离子电池、钠离子电池等方面，开展了新型钛酸锂、MXene、锡系、过渡族氧化物和锂金属等负极材料、硫正极材料的研究。通过材料缺陷调控、多级结构构建、多尺度复合等方法，大幅度改善了电极材料性能，为开发新型储能材料提供了新的视角与策略。

相关成果近期发表在以下国际期刊：

[1] Xu H., Qin L., Chen J., Wang Z., Zhang W., Zhang P., Tian W., Zhang Y., Guo X., Sun Z., Toward advanced sodium-ion batteries: a wheel-inspired yolk–shell design for large-volume-change anode materials. Journal of Materials Chemistry A, 2018. DOI: 10.1039/c8ta03772h

内容介绍：http://smse.seu.edu.cn/sun/2018/0621/c19282a231404/page.htm

全文链接：http://dx.doi.org/10.1039/C8TA03772H

核心内容：构建了用于锂/钠离子电池大体积变化负极材料的一种轮状的蛋黄-壳结构，表现出优异的倍率性能和循环稳定性。

博士生徐晖为第一作者，陈坚教授，孙正明教授（东南大学）与王钻开教授（香港城市大学）为共同通讯作者

[2] Zheng W., Zhang P., Chen J., Tian W.B., Zhang Y.M., Sun Z.M., In-situ synthesis of CNTs@Ti3C2 hybrid structures by microwave irradiation for high-performance anodes in lithium ion batteries. Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6: 3543-3551.

内容介绍：http://smse.seu.edu.cn/sun/2018/0205/c17929a207968/page.htm

全文链接：https://doi.org/10.1039/C7TA10394H

核心内容：利用微波法在MXene上原位快速生长碳纳米管，生成的复合材料用于锂离子电池负极时展现出优异的储锂性能。

博士生郑伟，张培根博士为共同一作，陈坚教授和孙正明教授为共同通讯作者

[3] Wang D., Zhang Y., Chen J., Xu H., Liguang Q., Li Y., Zhang W., Zhang P., Tian W., Guo X., Sun Z., Structural hybridization of ternary (0D, 1D and 2D) composites as anodes for high-performance Li-ion batteries. Energy Storage Materials, 2018, 13: 293-302.

内容介绍：http://smse.seu.edu.cn/sun/2018/0625/c17929a231512/page.htm

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2018.02.003

核心内容：以一步水热法制备了0D-1D-2D三元复合材料。该复合材料各组分之间具有结构协同作用，作为锂电负极时表现出优异的电化学性能。

硕士生王丹为第一作者，陈坚教授和孙正明教授为共同通讯作者

[4] Xu H., Chen J., Wang D., Sun Z., Zhang P., Zhang Y., Guo X., Hierarchically porous carbon-coated SnO2@graphene foams as anodes for lithium ion storage. Carbon, 2017, 124: 565-575.

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2017.09.016

核心内容：通过界面修饰设计一种碳包覆SnO2/石墨烯多级孔结构，展示出优异的储锂性能。

博士生徐晖为第一作者，陈坚教授和孙正明教授为共同通讯作者

[5] Xu H., Chen J., Li Y., Guo X., Shen Y., Wang D., Zhang Y., Wang Z., Fabrication of Li4Ti5O12-TiO2 Nanosheets with Structural Defects as High-Rate and Long-Life Anodes for Lithium-Ion Batteries. Scientific Reports, 2017, 7(2960).

全文链接：http://dx.doi.org/10.1038/s41598-017-03149-2

核心内容：通过调控钛酸锂纳米片的结构缺陷（空位、晶界和相界等）实现了优异的倍率性能和长程循环稳定性。

博士生徐晖为第一作者，陈坚教授为通讯作者

[6] Elsiddig Z.A., Xu H., Wang D., Zhang W., Guo X., Zhang Y., Sun Z., Chen J., Modulating Mn4+ Ions and Oxygen Vacancies in Nonstoichiometric LaMnO3 Perovskite by a Facile Sol-Gel Method as High-Performance Supercapacitor Electrodes. Electrochimica Acta, 2017, 253: 422-429.

全文链接：http://dx.doi.org/10.1016/j.electacta.2017.09.076

核心内容：通过非计量比同时调节了LaMnO3中锰离子与氧离子浓度，提升了其电化学性能。

博士生Elsiddig 为第一作者，章炜副教授与陈坚教授为共同通讯作者

  

近期已投稿论文：

[1] Zhang H., Zhang P.G., Zheng W., Tian W.B., Chen J., Zhang Y., Sun Z., 3D d-Ti3C2 Xerogel Framework Decorated with Core-shell SnO2@C for High-performance Lithium-ion Batteries. （在审-修改）

核心内容：采用水热法合成碳包覆的SnO2纳米粒，并通过溶胶凝胶法自组装三维SnO2/d-MXene干凝胶骨架结构；其作为锂离负极时表现出优异的电化学性能和长循环寿命。

博士生张恒为第一作者，张培根博士和孙正明教授为共同通讯作者

[2] Qin L., Xu H., Wang D., Zhu J., Chen J., Zhang W., Zhang P., Zhang Y., Tian W., Sun Z. Fabrication of lithiophilic copper foam with interfacial modulation towards high rate lithium metal anodes. （在审-修改）

核心内容：利用氧化锌调控熔体锂在泡沫铜内部的自润湿，制备的复合金属锂负极显示出优异的倍率性能和长程循环稳定性。

博士生秦立光为第一作者，陈坚教授和孙正明教授为共同通讯作者

[3] Xu H., Liu Y., Qiang T., Qin L., Chen J., Zhang P., Zhang Y., Zhang W., Tian W., Sun Z., Boosting sodium storage properties of titanium dioxide by a multiscale design based on MOF-derived strategy. (在审)

核心内容：通过MOF衍生的策略，从原子、微观结构和宏观结构尺度上设计了一种高性能的TiO2基钠离子电池负极材料。

博士生徐晖为第一作者，陈坚教授和孙正明教授为共同通讯作者

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题目：MXene材料的多尺度调控及其储能性能
报告人：孙正明教授
时间：2020年10月28日，周三，下午14:00-18:00
地点：河海大学江宁校区乐学楼709
主办单位：力学与材料学院先进材料与应用研究所


报告人介绍：
孙正明，教授、博导、国家特聘专家、东南大学材料学院院长。东南大学本科，中科院金属所硕士，中科院金属所-维也纳大学联合培养博士。先后在中科院、维也纳大学（博士后）、日本丰桥技科大学（JSPS）、美国Drexel大学进行复合材料、金属间化合物、先进陶瓷等研究。回国前在日本产业技术综合研究所（AIST）任部长助理兼主任研究员。入选国家高层次人才计划。近年来，在金属性陶瓷MAX相材料、二维材料MXene等在能源环境领域的基础与应用研究中取得重要进展，得到国家重点研发、国家自然科学基金重点及面上、江苏省双创团队及人才等国家与地方的重大科研项目支持。获中国侨界贡献（创新人才）奖。

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随着电子和通讯技术的迅速发展，电磁污染问题日益严峻，发展高效宽频的吸波材料成为解决这一问题的主要手段之一。MXene作为新型二维材料因其高电导率、高比表面积和丰富的极性官能团成为极具潜力的吸波剂。然而，MXene与空气的阻抗失配使电磁波难以进入材料内部，吸波能力无法真正发挥。因此，改善MXene与空气的阻抗匹配成为首要目标。
       遗憾的是，阻抗匹配与损耗电磁波的能力是一对矛盾体，良好的阻抗匹配意味着对电磁波较弱的损耗能力。梯度结构由于其逐步递增的介电性能恰好可解决这一矛盾。低介电一侧与空气具有良好的阻抗匹配，可诱导电磁波进入材料内部，高介电一侧具有强损耗能力，对进入其内的电磁波可强烈损耗吸收。然而，关于梯度吸波结构的报道很少，且梯度结构各层与总体吸波性能的关系尚不清楚。
       鉴于此，东南大学孙正明教授团队在Small Science上发表了研究论文，报道了一种简单的三层梯度结构设计，实现了高强宽频电磁波吸收，并提出三层梯度结构设计的基本原则。
      在本工作中，作者将不同质量比的MXene和PVA溶液混合，通过浇铸干燥工艺制备出不同MXene含量的单层复合薄膜，并通过重复浇铸干燥制备出三层梯度薄膜。制备流程如图1所示。

图1. 单层和三层梯度结构复合薄膜的制备流程示意图。

        单层复合薄膜的最小反射损耗和有效带宽如图2所示。虽然最小反射损耗可达-63.8 dB，但有效带宽仅为1.1 GHz。单层复合材料与空气阻抗失配，电磁波在材料表面反射强烈，在特定的厚度和频率下，一次反射和二次反射电磁波发生强烈的干涉相消，出现吸收峰，表现为较低的反射损耗。但由于这种干涉相消需要非常匹配的厚度和频率，因此有效带宽很窄。
         梯度薄膜经优化后最小反射损耗可达-74.8 dB，同时，有效吸收带宽覆盖整个X波段。相同厚度下，梯度薄膜的吸波性能显著优于组成梯度薄膜的各单层薄膜的吸波性能。此外，作者还计算了不同梯度结构的反射损耗。当中间层介电常数接近表层和底层介电常数平均值时，反射损耗最低。中间层介电常数固定时，最优厚度基本固定且与中间层介电常数呈正相关，即中间层介电常数减小，最优厚度减小，反之亦然。这些规律为合理设计梯度吸波材料提供了基本指导。
        不同于单层薄膜依赖干涉相消达到吸收峰值，梯度薄膜主要依靠良好的阻抗匹配提高材料的吸波性能。梯度薄膜表层MXene含量低，介电常数小，与空气的阻抗匹配良好，因此大部分电磁波能够进入材料。中间层MXene含量适中，介电常数适中，且通过表层的过渡与入射电磁波的阻抗匹配得到改善，大部分入射电磁波可进入其内并被吸收。底层MXene含量较高，对电磁波的损耗能力最强，且通过表层和中间层的过渡，与入射电磁波的阻抗匹配得到大幅改善，大量电磁波可进入底层并被吸收。图5描述了梯度结构的吸波机制，通过梯度递增的介电常数设计，更多电磁波可进入材料内部并与MXene相互作用，从而被耗散吸收。


       论文信息：
       Gradient Multilayer Design of Ti3C2Tx MXene Nanocomposite for Strong and Broadband Microwave Absorption
       Yajun Zhang, Long Pan*, Peigen Zhang, Zhengming Sun*
       Small Science
       DOI: 10.1002/smsc.202200018
       论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smsc.202200018