東華大學江莞教授是我國無機非金屬材料學科的知名學者、國家杰出青年基金獲得者,擔任教育部科技委員會材料學部委員和國家自然科學基金委工程與材料學部評議組專家。江莞教授具有較高的思想政治素質、不斷進取的科研創新精神、優秀的領導決策能力和優良的師德師風,有力促進了先進陶瓷復合材料的制備技術研發和性能提升,為推動無機非金屬材料學科的進步與發展做出了重要貢獻。
聚焦國家戰略目標,承擔重大科研任務
為解決我國先進陶瓷高端粉體的自給需求,“十三五”期間,國家科技部等相關部委提出了實現AlON、AlN、SiC、Si3N4、Al2O3共5種代表性高端粉體自主批量制備的攻堅目標。江莞教授作為陶瓷領域的著名專家,組織了包括中科院理化技術研究所等12家領域內優勢單位,2017年成功申報並獲批國家重點研發計劃項目。在項目實施期間,江莞教授著力解決了上述陶瓷粉體原料產業面臨的產品同質化、低值化、能源效率低等重大共性問題,為提升我國先進陶瓷材料的性能提供了原材料保証,促進了我國陶瓷產業的發展。同時,江莞教授作為技術負責人聯合揚州中天利新材料股份有限公司於2018年獲得了江蘇省科技成果轉化專項資金項目的支持,進一步推動了高品質陶瓷粉體原料高效合成與批量制備技術的產業化發展,實現了高端陶瓷粉體國產化。
作為新一代半導體照明的關鍵材料,光功能玻璃、陶瓷的發展已列入“十三五”國家科技創新規劃,屬國家戰略需求。然而,較高的制備溫度使在透明玻璃、陶瓷基體中引入功能基元是一個極具挑戰性的課題。在國家自然科學基金重點項目和上海市教委科研創新重大項目的大力支持下,江莞教授團隊開展了一系列光功能玻璃、陶瓷材料非平衡制備技術研究,拓展了光功能透明玻璃、陶瓷的重要工程應用,使我國在新型光功能玻璃、陶瓷材料研究領域處於國際領先水平。
針對我國目前存在高純高強石墨材料仍然完全依賴進口的“卡脖子”問題,江莞教授在自然界樹結疤結構中受到啟發,從化學鍵的角度提出了共晶格概念,探索了高純高強石墨材料制備新技術,解決了石墨沿(002)晶面極易發生解理的經典難題,為第四代核反應堆用爐芯材料的國產化提供了解決方案。該工作受到國家自然科學基金功能基元序構重大專項專家組的一致肯定,獲得了“2019年度重大基礎研發計劃”立項支持。
此外,作為教育部科技委材料學部委員,江莞教授與韓杰才主任、方岱寧院士、南策文院士合作,共同承擔了創新引領“重點新材料”戰略規劃研究及其重點專項,主要針對極端環境氧化物陶瓷技術領域存在的重大需求和未來發展方向,完成了戰略規劃咨詢報告。自2000年回國以來,江莞教授作為首席科學家和負責人,承擔及完成國家各類重大科研項目25項,累計科研經費超過5200萬元,極大地提升了東華大學無機非金屬材料學科的地位,為學科發展做出了重大貢獻。
開拓創新,取得一系列高水平研究成果
江莞教授在日本攻讀博士學位期間,師從國際著名粉末冶金學者渡邊龍三教授(原日本粉末冶金協會主席),博士畢業后在日本理研長期從事陶瓷產品開發工作,在粉體制備與燒結研究方面積累了大量經驗。2006年獲得國家杰出青年基金項目的支持,在先進陶瓷復合材料的組成設計、快速燒結技術等制備科學、微結構調控與性能提升等方面取得了一系列突出研究成果,迄今在國際著名期刊Nature Communications、Advanced Materials、Advanced Energy Materials等發表SCI收錄學術論文200余篇,獲得授權發明專利42項,其中國際發明專利13項、中國發明專利29項,參與編著英文著作2部。研究成果主要包括:
1. 建立了石墨烯復合陶瓷粉體一步合成制備高性能陶瓷材料的新策略,制備出電導率高達5709 S/m的復合陶瓷材料(Carbon,2010,48(6):1743-1749)和可在高溫苛刻條件下應用的新型陶瓷半導體材料(Advanced Functional Materials,2012,22(18):3882-3889)。研究成果先后被Chemical Society Review、Energy & Environmental Science等期刊上的綜述論文大幅引用與重點評價﹔
2. 在國際上率先提出了溫度分離產生動力學窗口的概念,建立了陶瓷復合材料的低成本微結構可控燒結制備普適性方法,克服了必須採用納米粉末制備具有精細結構高性能陶瓷材料的難題。研究成果對推動先進陶瓷材料制備科學的發展具有重要的意義,極大地促進了高性能陶瓷材料的研究與發展,2019年獲得了“上海市自然科學獎”二等獎﹔
3. 創造性地提出利用相變輔助燒結實現自致密化的低溫燒結機制,實現了氮化硼、石墨等難燒結材料的低溫制備,為獲得高純度、高密度、高強度的三高戰略性材料提供了新的途徑:在1700 ℃下制備得到強度是傳統六方氮化硼陶瓷2-3倍的高致密氮化硼陶瓷(Nature Communications, 2019, 10:854)﹔基於仿生設計和晶格工程理念制備出各向同性、彎曲強度大於120 MPa的國際最強石墨材料﹔
4. 在國際上率先提出採用介孔粉體為原料,構建了光功能玻璃、陶瓷的低溫快速制備新技術,解決了固相燒結法無法獲得高透過率玻璃、陶瓷的歷史性難題,制備了一系列光功能基元可調控的發光玻璃、陶瓷,成果先后發表在Acta Materialia(2017, 130:289-296)和 Advanced Materials(2019, 1905951)等材料頂級期刊上,被Advanced Materials、Laser Photonics Review等期刊上的論文引用與評價,並被Materials Views中國、國家自然科學基金委員會科學基金雜志社等知名學術官網轉載與報道,受到了研究者們的廣泛關注與認可。
此外,在國家863計劃的資助下,江莞教授將低維熱電材料中的結構特征和物理效應復制到塊狀熱電材料中,實現了高性能納米復合熱電材料的可控制備,最終通過器件的集成為熱電轉換技術大規模商業化應用提供了新的模式。相關成果發表在Advanced Functional Materials(2015, 25(6):966-976)和Advanced Energy Materials(2019, 10(2):1902986)等期刊上,並先后被Chemical Review、Chemical Society Review等國際一流期刊上的綜述文章引用與評價。同時,結合東華大學纖維材料改性的研究特色,江莞教授在導電聚合物低熱導率的基礎上,通過構筑分子水平異質結構、有機無機雜化等方法調控載流子濃度、費米能級位置,實現柔性熱電材料ZT值的突破(Journal of Materials Chemistry A, 2013, 1(39):12109-12114)。並通過非織造、機織及針織等方法進行柔性熱電器件的編織,為柔性熱電器件的真正可穿戴應用提供了可行的新途徑(Nature Communications, 2020, 11(1):572 )。