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绿色能源材料技术与系统重庆市重点实验室

时间:2019-05-29 作者:万博manbetx网页版手机登录

1.实验室建设方向和目标

绿色能源材料技术与系统重庆市重点实验室致力于三方面的理论技术创新和应用技术开发:绿色能源材料设计建模、理论模拟及能源大数据应用;绿色能源先进材料技术;绿色能源器件及系统。力争将实验室打造成为有能力承担国家自然科学基金、国家与地方政府的重点科技攻关项目、国际合作项目的重要研究与开发基地。形成国内有一定影响的市级重点实验室,力争进一步建设成教国家级重点实验室。

2.学科发展、产业发展、经济和社会发展重大关键问题方面的贡献

实验室平台服务于材料科学与工程、新能源汽车、应用物理学、新能源科学与工程和信息与计算科学等多个本科专业以及“光学工程”硕士一级学科和工程硕士(光学工程领域)专业硕士点,开设了光电检测技术与系统、新能源材料与光伏系统、微纳光电材料与器件3个研究生培养方向。近五年来,实验室共主持国家自然科学基金项目17项、省部级项目60余项,其他项目30余项,研究经费超过2000万元。发表300多篇论文,授权国家发明专利80余项。部分研究成果受到国内外同行的高度评价。

在绿色能源器件及系统方向实现大量成果转化及技术服务收入,其中,发明专利成果转移10余项,收入超过1000万元;为企事业单位提供技术服务30余项,累计到账800余万元。

3.科研队伍

绿色能源材料技术与系统重庆市重点实验室学术带头人学术水平高、科研经验丰富、善于管理和团结协作。拥有一支综合素质高、科研实力强、结构合理的团队。实验室固定人员39名(其中,教授11人、副教授及高级实验师17人、讲师11人,其中博士38人,学士1人),副高级技术职称以上科研人员比例为71.8%,博士比例为97.4%。实验室客座人员5名(正高3、副高2人)。获评重庆市科技创新领军人才1人、重庆市高校巴渝学者特聘教授1人、重庆市百名工程技术高端人才1名、重庆市科技特派员1名、校级青年英才5人。拥有重庆市级高校创新团队1个,校级A类科研创新团队1个,校级B类科研创新团队3个。

 

4.实验室组织架构

绿色能源材料技术与系统重庆市重点实验室下设绿色能源材料理论建模、模拟及能源大数据应用,绿色能源先进材料技术,绿色能源器件与系统三个分研究室。实验室主任为重庆市高校巴渝学者特聘教授和重庆市科技创新领军人才冯文林教授、实验室副主任为刘雪芹教授、邱世芳教授;实验室方向负责人分别为:李波教授、冯文林教授、刘雪芹教授,骨干成员有:邱世芳教授、陶传义教授、魏强教授、周志昂教授、肖枝洪教授、王波教授、龚恒翔博士、刘强博士、李邦兴博士、苏理云博士、许安见博士、李鹏博士、金叶博士、杨晓占博士、吕贵臣博士、张锋博士、韦建卫博士、马增威博士、张华博士、彭川黔博士、李明博士等;实验室学术委员会主任为清华大学段文晖院士、学术委员会成员为重庆文万博manbetx网页版手机登录校长及百千万人才工程国家级人选黄伟九教授、重庆大学方亮教授和胡陈果教授、中国工程物理研究院崔旭东教授、中国科学院重庆绿色智能研究院魏大鹏研究员、复旦大学魏大程教授。具体组织架构如图所示

 

重点实验室重要研究介绍:

 自主设计光伏组建表面智能清洁装置

龚恒翔博士等开发成功的光伏组件表面智能清洁技术及装置,属国际首创,已获得三项专利,并获市级重大项目资助;该系统结合光电、光热效应与特殊气流装置形成的“气流场”,将灰尘“吹”到特殊区域固定,实现了光伏组件的彻底除尘

 

 自主设计光伏发电系统

龚恒翔博士等开发了高效智能光伏发电系统,采用智能多源供电方式,研制成功高效能的智能绿色分布式新能源供电系统,将太阳能光伏带进了低日照地区。该系统具有成本低、智能程度高、可靠性高和人工维护成本低等突出优势。适合30kW以下离散分布的用电负载的不间断电能供应,且具有智能远程监控能力,可广泛用于移动通信基站、林业三防监控、偏远气象站点、地质勘测工作站、边防兵站、野外科考工作站等场合和领域。已获得专利近十项,建成示范基地十余处,并与中国移动通信集团重庆有限公司、重庆林业局等单位密切合作,在重庆市和西南片区形成了自己的特色和独特优势。该方向研究成果已得到五个省市、十余个高校、研究所的高度关注,并签订多个联合研发项目。

 

 

③石墨烯纳米涂层空芯微结构光纤传感系统

石墨烯纳米涂层空芯微结构光纤传感系统

冯文林教授提出并建立了一种基于类石墨烯纳米涂层微结构光纤(MSF)的传感新原理和方法:石墨烯纳米涂层空芯微结构的光纤传感方法。制备了类石墨烯基WS2MoS2及其掺杂改性的纳米膜,在MSF包层空气孔中形成一层类石墨烯敏感膜,目标分子能引起敏感膜气致变色和折射率变化,并导致光纤包层模有效折射率变化,通过实时观测光纤谐振波长和气致变色的变化,实现微量目标分子的检测。获得了高灵敏、快响应、高选择的微型气致变色的光纤传感器。同时,采用石墨烯修饰的拉锥光子晶体光纤干涉仪对目标气体的进行高灵敏检测。成果发表于SENSORS AND ACTUATORS BChem., APPLIEDSURFACE SCIENCE等重要刊物,并申请专利8,已获权3项。

 

超声雾化热解喷涂能源材料薄膜制备系统HZZD/CQUT USP系列

超声雾化热解喷涂能源材料薄膜制备系统HZZD/CQUT USP系列

龚恒翔博士研发了具有自主知识产权的“超声雾化热解喷涂薄膜制备系统HZZD/CQUT USP 系列”,得到广泛的认可与好评,接到并圆满完成南京大学、华南理工大学、华东师范大学、南京邮电大学、华南理工大学、重庆理工大学、南京工业大学、重庆交通大学、杭州大华仪器制造有限公司等高校与企业的订单,取得了良好的经济和社会效益。同时,自主开发的实验设备反过来有助于我们开发新型的先进绿色能源薄膜材料及其制备工艺。

 

 

 

 

⑤光子晶体光纤传感器对含能爆炸物材料的感测技术

光子晶体光纤传感器对含能爆炸物材料的感测技术

 

陶传义博士开发了光子晶体光纤传感器及其含能材料感测技术。设计和制作出“柚子型光子晶体光纤长周期光栅”与“光子晶体光纤同轴马赫-曾德尔干涉仪”两种传感器。通过实时监测传输光谱谐振波长变化实现痕量目标分析检测。此类传感器不受电磁干扰、灵敏度高、响应速度快、重量轻、结构紧凑、使用灵活、适于在腐蚀性或危险性环境应用,有望成为很有应用前景的传感平台。相关成果发表在《OPTICS EXPRESS》、《SENSORS AND ACTUATORS B》等权威期刊与SPIE国际会议上。发表于《OPTICS EXPRESS》的论文《基于光子晶体光纤同轴Mach-Zehnder干涉仪的爆炸物探测》(译名)被重庆市科学技术协会评选为2017年自然科学优秀学术论文。

 

绿色能源材料技术与系统重庆市重点实验室研究方向

方向一:绿色能源材料理论建模、模拟及能源大数据应用  

该方向致力于绿色能源材料的理论模型建立与仿真系统分析,以及绿色能源领域中数据和信息的收集、整理、加工和处理等大数据统计与应用。

第一,绿色能源材料建模与分析。以钙钛矿等光伏材料、LED光电转换材料、锂电池储能材料以及光/电催化微纳米材料等绿色能源材料为研究对象,借助第一性原理计算等理论建模手段,对相关材料进行结构模拟与分析,探索微纳米材料的晶体结构改变对其光/电、催化、传感等物化性质的影响及对应的物化机制问题。通过仿真模拟反应动力学过程,探究反应物振动激发与取向问题。通过理论模型的构建从材料微观结构层面剖析物化性质的内在本质,进而更加有效的指导绿色能源微纳米材料的深度设计、开发和利用。

第二,绿色能源领域大数据应用。采集、挖掘能源材料与具体产业融合的全方位数据与信息,借助回归分析、稳定性分析、统计推断、交叉验证等手段评价新材料在绿色能源领域的应用效果和应用前景。研究内容涉及多数据源的整合与价值挖掘研究能源大数据的聚类挖掘算法研究绿色能源互联网的大数据关键技术研究等,其成果已广泛应用于智慧农业数据采集、挖掘系统的开发中。

方向二:绿色能源先进材料技术

研究内容集中在绿色能源材料制备、表征以及工艺技术的探索与改进方面。

第一,新型绿色能源材料研发。探索新型绿色能源材料,例如钙钛矿太阳能电池材料、新型LED荧光材料等的制备与结构性能剖析,在形貌结构与物化特性等表征与分析的基础上,通过掺杂或构建异质结能带结构调控材料的发光特性、光电转换性能,进而探索其在太阳能电池、光/电转化与催化、环境检测等绿色能源领域中的应用前景。探索开发超级电容器、锂离子电池等领域应用的储能材料,通过材料的结构性能评价,器件的能量密度、功率密度、循环性能、循环寿命等性能评价,分析超级电容器及锂离子电池的储能机制,筛选优质、高效的储能材料,探索研制性能更可靠、稳定性更好的新型高储能材料和器件,为下一代便携式电子器件电源和新能源汽车动力电池提供关键材料。该方向的研究已与企事业单位合作承担了先进光电功能材料与器件,基于溶液法制备太阳能电池用氢化硅薄膜及其光电特性研究,SnS薄膜作为吸收层的太阳能电池异质结能带调控和光伏性能研究,强荧光石墨烯量子点的微波辅助合成及应用等项目的研究。

第二,绿色能源材料制备技术研究。主要从事绿色能源薄膜材料的制备技术、制备过程中的相关物理过程和相关设备研究。基于气相化学沉积法,借助双源、多源等超声雾化的辅助进行薄膜制备的系统研制是新型研究方向。研究内容涉及石墨烯化学气相沉积系统、雾化辅助低压化学气相沉积独立多源共聚焦超声雾化热解喷涂薄膜系统/程控气溶胶发生器双源立式超声雾化热解喷涂薄膜制备系统超声雾化热解喷涂薄膜沉积设备双源立式超声雾化热解喷涂薄膜制备系统等。其研究成果已广泛应用于绿色能源领域薄膜材料制备技术中。

该方向在新能源光电功能薄膜材料的合成制备、测试分析、结构解析、物化性能探索等方面展开了较为深入的研究。基于化学气相沉积法的薄膜制备系统研制也取得了良好效果。

方向三:绿色能源器件及系统

研究内容主要集中在太阳电池及光伏发电系统、光纤传感器件及智能系统的开发与应用。

研究钙钛矿太阳电池、热光伏电池等新型太阳电池。针对重庆低照度地区,研发了许多光伏新能源发电系统。承担了相关企事业单位的委托项目有:中小功率新能源分布式电能供应系统开发中等功率移动通信基站群的光伏新能源技术测试(重庆市移动公司合作)、缙云山国家自然保护区光伏新能源安防与灭虫系统项目(重庆市林业局合作)、面向高山地区的光伏水泵技术与装备开发等,其中部分系统研究已应用于相关领域及行业,特别是面向高山地区的光伏新能源技术开发具有明显的优势和强烈的地域特色。

以光纤传感技术、光栅传感技术为基础,将新能源技术、新材料、能源大数据以及物联网等有机融合,开发并搭建能源信号的采集与处理系统,实现能源大数据的采集与处理。以光学传感技术、光电信号的采集、信号输出与控制、软件设计、数据处理等一系列研究为基础,研究开发智能光电感应器件与系统,并与相关产业用户紧密合作,不遗余力地开发智能光电感应控制系统,探索控制系统的应用稳定性。该方面的研究也与相关企事业单位深度合作,承担的横向研究包括:基于表面增强拉曼光谱的光子晶体光纤气体传感方法与仪器基于长周期光栅结构的柚子型光子晶体光纤梯恩梯气体传感新方法与系统研究、一氧化碳微芯光纤传感检测系统设计及其在环境监测中的应用基于掺铒光纤中动态粒子数光栅的光纤声发射传感器系统等。其中部分研究在相关领域中已得到一定的推广和应用,在传感检测领域也做出了较高贡献。

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