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第八届侨界贡献奖人物风采录(七十一)
江莞:用心追求卓越,材料改变未来
2021年04月26日14:11  来源:中国侨联

东华大学江莞教授是我国无机非金属材料学科的知名学者、国家杰出青年基金获得者,担任教育部科技委员会材料学部委员和国家自然科学基金委工程与材料学部评议组专家。江莞教授具有较高的思想政治素质、不断进取的科研创新精神、优秀的领导决策能力和优良的师德师风,有力促进了先进陶瓷复合材料的制备技术研发和性能提升,为推动无机非金属材料学科的进步与发展做出了重要贡献。

聚焦国家战略目标,承担重大科研任务

为解决我国先进陶瓷高端粉体的自给需求,“十三五”期间,国家科技部等相关部委提出了实现AlON、AlN、SiC、Si3N4、Al2O3共5种代表性高端粉体自主批量制备的攻坚目标。江莞教授作为陶瓷领域的著名专家,组织了包括中科院理化技术研究所等12家领域内优势单位,2017年成功申报并获批国家重点研发计划项目。在项目实施期间,江莞教授着力解决了上述陶瓷粉体原料产业面临的产品同质化、低值化、能源效率低等重大共性问题,为提升我国先进陶瓷材料的性能提供了原材料保证,促进了我国陶瓷产业的发展。同时,江莞教授作为技术负责人联合扬州中天利新材料股份有限公司于2018年获得了江苏省科技成果转化专项资金项目的支持,进一步推动了高品质陶瓷粉体原料高效合成与批量制备技术的产业化发展,实现了高端陶瓷粉体国产化。

作为新一代半导体照明的关键材料,光功能玻璃、陶瓷的发展已列入“十三五”国家科技创新规划,属国家战略需求。然而,较高的制备温度使在透明玻璃、陶瓷基体中引入功能基元是一个极具挑战性的课题。在国家自然科学基金重点项目和上海市教委科研创新重大项目的大力支持下,江莞教授团队开展了一系列光功能玻璃、陶瓷材料非平衡制备技术研究,拓展了光功能透明玻璃、陶瓷的重要工程应用,使我国在新型光功能玻璃、陶瓷材料研究领域处于国际领先水平。

针对我国目前存在高纯高强石墨材料仍然完全依赖进口的“卡脖子”问题,江莞教授在自然界树结疤结构中受到启发,从化学键的角度提出了共晶格概念,探索了高纯高强石墨材料制备新技术,解决了石墨沿(002)晶面极易发生解理的经典难题,为第四代核反应堆用炉芯材料的国产化提供了解决方案。该工作受到国家自然科学基金功能基元序构重大专项专家组的一致肯定,获得了“2019年度重大基础研发计划”立项支持。

此外,作为教育部科技委材料学部委员,江莞教授与韩杰才主任、方岱宁院士、南策文院士合作,共同承担了创新引领“重点新材料”战略规划研究及其重点专项,主要针对极端环境氧化物陶瓷技术领域存在的重大需求和未来发展方向,完成了战略规划咨询报告。自2000年回国以来,江莞教授作为首席科学家和负责人,承担及完成国家各类重大科研项目25项,累计科研经费超过5200万元,极大地提升了东华大学无机非金属材料学科的地位,为学科发展做出了重大贡献。

开拓创新,取得一系列高水平研究成果

江莞教授在日本攻读博士学位期间,师从国际著名粉末冶金学者渡边龙三教授(原日本粉末冶金协会主席),博士毕业后在日本理研长期从事陶瓷产品开发工作,在粉体制备与烧结研究方面积累了大量经验。2006年获得国家杰出青年基金项目的支持,在先进陶瓷复合材料的组成设计、快速烧结技术等制备科学、微结构调控与性能提升等方面取得了一系列突出研究成果,迄今在国际著名期刊Nature Communications、Advanced Materials、Advanced Energy Materials等发表SCI收录学术论文200余篇,获得授权发明专利42项,其中国际发明专利13项、中国发明专利29项,参与编著英文著作2部。研究成果主要包括:

1. 建立了石墨烯复合陶瓷粉体一步合成制备高性能陶瓷材料的新策略,制备出电导率高达5709 S/m的复合陶瓷材料(Carbon,2010,48(6):1743-1749)和可在高温苛刻条件下应用的新型陶瓷半导体材料(Advanced Functional Materials,2012,22(18):3882-3889)。研究成果先后被Chemical Society Review、Energy & Environmental Science等期刊上的综述论文大幅引用与重点评价;

2. 在国际上率先提出了温度分离产生动力学窗口的概念,建立了陶瓷复合材料的低成本微结构可控烧结制备普适性方法,克服了必须采用纳米粉末制备具有精细结构高性能陶瓷材料的难题。研究成果对推动先进陶瓷材料制备科学的发展具有重要的意义,极大地促进了高性能陶瓷材料的研究与发展,2019年获得了“上海市自然科学奖”二等奖;

3. 创造性地提出利用相变辅助烧结实现自致密化的低温烧结机制,实现了氮化硼、石墨等难烧结材料的低温制备,为获得高纯度、高密度、高强度的三高战略性材料提供了新的途径:在1700 ℃下制备得到强度是传统六方氮化硼陶瓷2-3倍的高致密氮化硼陶瓷(Nature Communications, 2019, 10:854);基于仿生设计和晶格工程理念制备出各向同性、弯曲强度大于120 MPa的国际最强石墨材料;

4. 在国际上率先提出采用介孔粉体为原料,构建了光功能玻璃、陶瓷的低温快速制备新技术,解决了固相烧结法无法获得高透过率玻璃、陶瓷的历史性难题,制备了一系列光功能基元可调控的发光玻璃、陶瓷,成果先后发表在Acta Materialia(2017, 130:289-296)和 Advanced Materials(2019, 1905951)等材料顶级期刊上,被Advanced Materials、Laser Photonics Review等期刊上的论文引用与评价,并被Materials Views中国、国家自然科学基金委员会科学基金杂志社等知名学术官网转载与报道,受到了研究者们的广泛关注与认可。

此外,在国家863计划的资助下,江莞教授将低维热电材料中的结构特征和物理效应复制到块状热电材料中,实现了高性能纳米复合热电材料的可控制备,最终通过器件的集成为热电转换技术大规模商业化应用提供了新的模式。相关成果发表在Advanced Functional Materials(2015, 25(6):966-976)和Advanced Energy Materials(2019, 10(2):1902986)等期刊上,并先后被Chemical Review、Chemical Society Review等国际一流期刊上的综述文章引用与评价。同时,结合东华大学纤维材料改性的研究特色,江莞教授在导电聚合物低热导率的基础上,通过构筑分子水平异质结构、有机无机杂化等方法调控载流子浓度、费米能级位置,实现柔性热电材料ZT值的突破(Journal of Materials Chemistry A, 2013, 1(39):12109-12114)。并通过非织造、机织及针织等方法进行柔性热电器件的编织,为柔性热电器件的真正可穿戴应用提供了可行的新途径(Nature Communications, 2020, 11(1):572 )。

(责编:蔡雨荷、刘婷婷)
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