為促進我國高性能陶瓷的研究和發(fā)展，擴大我國在該領(lǐng)域中的影響，1988年4月，經(jīng)國家計委和中國科學(xué)院批準，在中科院上海硅酸鹽研究所建立高性能陶瓷和超微結(jié)構(gòu)開放實驗室；1989年1月實驗室正式對外開放；1991年納入國家重點實驗室系列，更名為高性能陶瓷和超微結(jié)構(gòu)國家重點實驗室；1995年11月通過國家驗收。1992，1997，2003，2008，2013，2018年，六次通過國家評估，其中兩次被評為“優(yōu)秀”。目前，陳立東研究員任實驗室主任，中國工程院院士、哈爾濱工業(yè)大學(xué)周玉院士任實驗室學(xué)術(shù)委員會主任。
實驗室充分發(fā)揮在無機材料設(shè)計、制備、工程應(yīng)用方面的基礎(chǔ)和優(yōu)勢，積極承擔國家重大科研項目，面向國家重大需求和無機材料學(xué)科前沿取得了一系列創(chuàng)新成果，科研綜合競爭力得到持續(xù)提升。
一、在無機材料多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，基于材料基因工程理念，拓展“超微結(jié)構(gòu)”研究內(nèi)涵，探索多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計與調(diào)控原理，在新材料性能預(yù)測、結(jié)構(gòu)設(shè)計與快速篩選、多場/多功能超微結(jié)構(gòu)分析表征新技術(shù)等方面取得重大進展。
建立了多尺度計算—高通量制備—跨尺度表征的材料基因系統(tǒng)研究平臺，發(fā)展了以第一性原理為核心的高通量計算方法與物理化學(xué)性能預(yù)測模型、陶瓷及復(fù)合材料跨尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計與熱力耦合計算方法，推進了能量存儲與轉(zhuǎn)換材料、高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、陶瓷基復(fù)合材料的研發(fā)。面向組合材料芯片和快速篩選技術(shù)需求，提出并建立了激光加熱微納粉體高通量制備與多組元高溫厚膜CVD沉積高通量制備新技術(shù)；光譜成像與納米壓痕等高通量表征方法相結(jié)合，提出了融合計算和數(shù)據(jù)庫的組合化學(xué)新方案，從“個體尋優(yōu)”發(fā)展到“系統(tǒng)尋優(yōu)”，并實現(xiàn)了復(fù)合摻雜PbF2超快可見光閃爍材料、摻雜增強Bi4Si3O12（BSO）直接白光熒光材料等多種重大工程急需的關(guān)鍵材料的快速篩選與優(yōu)化。面向微結(jié)構(gòu)表征的精細化、多信息化發(fā)展需求，建立了高/低溫場和力/電原位TEM表征技術(shù)和基于MEMS驅(qū)動的納米變形原位表征技術(shù)、基于GIF-EELS能量過濾系統(tǒng)與CL陰極發(fā)光光譜儀相融合的微區(qū)元素組成/化學(xué)態(tài)/能級結(jié)構(gòu)/缺陷/發(fā)光性能的多信息表征技術(shù)、以及TEM結(jié)構(gòu)-組成-性能統(tǒng)計映射表征新方法。發(fā)展了掃描電鏡-電化學(xué)原位測試表征新技術(shù)，解決了電極表面微區(qū)氧化/還原電化學(xué)反應(yīng)電流測量難題。
二、在制備科學(xué)研究方面，面向工程應(yīng)用對高性能陶瓷制備技術(shù)提出的重大需求，深入研究陶瓷及陶瓷基復(fù)合材料的成型與燒結(jié)致密化物理化學(xué)過程，突破了大尺寸、復(fù)雜形狀陶瓷及復(fù)合材料制備技術(shù)。
纖維補強陶瓷基復(fù)合材料的極端環(huán)境應(yīng)用對其致密度、界面結(jié)合強度、抗氧化性能等提出了特別苛刻的要求。本評估期，深入研究了復(fù)合材料制備工藝對其致密化過程以及界面結(jié)構(gòu)的影響機制，提出并建立了孔道構(gòu)建反應(yīng)熔滲與原位反應(yīng)相結(jié)合的制備新方法，成功解決了Cf/SiC復(fù)合材料高模量與低熱膨脹難以兼顧的技術(shù)難題；通過構(gòu)建氣孔/碳連續(xù)雙相網(wǎng)絡(luò)互穿結(jié)構(gòu)，成功制備出高強度、高熱導(dǎo)率的Cf/SiC-ZrC-ZrB2復(fù)合材料，大幅提升了復(fù)合材料部件的高溫穩(wěn)定性。針對超大尺寸陶瓷部件工程應(yīng)用的迫切需求和陶瓷材料燒結(jié)極限尺寸的技術(shù)局限性，提出了陶瓷/陶瓷以及陶瓷/金屬焊接技術(shù)方案，通過界面結(jié)構(gòu)和浸潤性的設(shè)計與調(diào)控，成功實現(xiàn)了超大尺寸SiC陶瓷以及復(fù)合材料的低應(yīng)力高強度焊接，突破了3 m量級拼接式SiC光學(xué)部件制備關(guān)鍵技術(shù)。通過控制β-Si3N4低溫轉(zhuǎn)化生長，實現(xiàn)了具有高氣孔率、單孔徑分布、高強度的多孔Si3N4
陶瓷制備，并攻克高精度大長徑比的Si3N4陶瓷毛細芯制備技術(shù)。Cf/SiC復(fù)合材料構(gòu)件成功應(yīng)用于航空動力系統(tǒng)、以及高分二號等型號衛(wèi)星的高分辨空間遙感系統(tǒng)；大尺寸SiC光學(xué)部件在11顆衛(wèi)星、15臺有效載荷上獲得成功應(yīng)用；Si3N4陶瓷毛細芯首次應(yīng)用于高分九號、高景一號等衛(wèi)星相機焦平面溫控技術(shù)中，在軌溫度穩(wěn)定度達到±0.4 ℃，顯著優(yōu)于±2 ℃的設(shè)計要求。結(jié)構(gòu)功能一體化陶瓷材料和復(fù)合材料制備技術(shù)的突破，使我國在該領(lǐng)域的研制能力達到國際先進水平，打破了國外關(guān)鍵材料禁運和技術(shù)封鎖的局面，為我國航空航天技術(shù)的跨越發(fā)展提供了關(guān)鍵材料保障。
三、持續(xù)開展無機新功能材料探索，深入研究能量存儲與轉(zhuǎn)換的物理化學(xué)機制，在電熱輸運新效應(yīng)、光電與熱電材料結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能優(yōu)化原理等方面取得原創(chuàng)性成果。
實驗研究與理論計算緊密結(jié)合，聚焦能量轉(zhuǎn)換材料的微觀輸運機制關(guān)鍵科學(xué)問題，發(fā)展了互為制約多種物理量的“雙結(jié)構(gòu)功能區(qū)”的晶體結(jié)構(gòu)設(shè)計思想和“類液態(tài)”與“贗立方結(jié)構(gòu)”熱電材料設(shè)計新方法；設(shè)計合成了Cu2(S,Se,Te)等一系列新型環(huán)境友好熱電材料，多種體系ZT值突破2.0，位居國際前列；建立了熱電器件優(yōu)化設(shè)計與集成新技術(shù)，器件轉(zhuǎn)換效率達12%，為國際報道最高水平；逆向運用原子“相似相聚”規(guī)律，提出了多元材料體系制備的熱力學(xué)逆向設(shè)計原則，發(fā)展了高銦利用率的銅銦鎵硒太陽能電池非真空液相低成本制備新方法，電池效率18.2%（公開報道世界第二高效率值），并實現(xiàn)了技術(shù)轉(zhuǎn)讓。將量子力學(xué)方法與熱力學(xué)相結(jié)合，揭示了鋰空氣電池中界面電荷轉(zhuǎn)移、界面作用能及催化劑表面結(jié)構(gòu)對Li2O2分解動力學(xué)的影響規(guī)律以及催化劑過電位降低的本質(zhì)，提出了“催化劑/Li2O2/O2”三相界面催化理論模型和“表面酸性”定量描述界面催化活性的普適性判據(jù)，成功預(yù)測了Co3O4、TiC、TiN、Mo2C等兼具高活性和高循環(huán)穩(wěn)定性的新型催化劑。解決了在高比表面積碳材料中高導(dǎo)電性和高活性氮共存的科學(xué)難題，設(shè)計合成了氮元素摻雜濃度高達8.5 at.%的少層碳材料，比容量高達855 F/g，優(yōu)于碳材料雙電層理論極限（550 F/g）。
四、在生物材料方面，著重開展了組織再生調(diào)控與組織修復(fù)無機生物材料探索、腫瘤高效精準診療新策略與介孔／納米材料設(shè)計合成、可控生物學(xué)響應(yīng)機理與生物材料表面結(jié)構(gòu)調(diào)控的研究，取得了系列創(chuàng)新性成果。
基于臨床腫瘤高效、精準診療的關(guān)鍵科學(xué)問題和對生物醫(yī)用材料的特殊要求，設(shè)計合成了介孔氧化硅基多孔載體材料、無機功能納米顆粒、有機/無機雜化介孔有機硅基多孔顆粒，揭示了無機納米材料生物學(xué)效應(yīng)和生物安全性，實現(xiàn)介孔硅基載體的可控降解，實現(xiàn)腫瘤特異性、高效、精準診療功能，并利用雜化載體實現(xiàn)逆轉(zhuǎn)腫瘤細胞耐藥性和化療藥效；基于無機納米功能顆粒，提出新型化學(xué)動力學(xué)療法、饑餓療法、催化療法、聲動力療法、高強度聚焦超聲增效療法、光熱療法、光動力學(xué)療法等腫瘤低毒治療新策略，成功實現(xiàn)功能納米顆粒高效、安全的“無毒”腫瘤治療。發(fā)現(xiàn)了生物材料的多級微結(jié)構(gòu)與活性離子協(xié)同促進骨再生效應(yīng)，發(fā)展了具有“主動成骨”的硅基新家族生物活性陶瓷，推動了生物陶瓷從傳統(tǒng)磷酸鈣體系拓展到具有“主動成骨”功能的硅基體系；提出了“生物材料介導(dǎo)的免疫調(diào)控成骨”新假說，闡明了生物活性材料通過調(diào)控免疫反應(yīng)促進成骨的新機制，建立了骨修復(fù)材料的體外免疫反應(yīng)與成骨效應(yīng)的評價新方法；發(fā)展了兼具“骨修復(fù)與腫瘤治療”雙功能生物活性材料。利用等離子體電解氧化等表面改性技術(shù)，賦予生物材料表面特定的生物活性和功能，建立了具有“可調(diào)控生物學(xué)響應(yīng)”的材料表界面構(gòu)建原理，發(fā)展了基于肖特基接觸的抗菌涂層、基于電偶腐蝕效應(yīng)的抗菌成骨涂層、以及基于細胞代謝方式差異性的抗癌涂層材料。研究成果推動了臨床研究和產(chǎn)品開發(fā)。
五、系統(tǒng)開展了納米結(jié)構(gòu)的調(diào)控原理、納米新效應(yīng)的探索，在環(huán)境催化納米材料設(shè)計合成、無機納米纖維制備與應(yīng)用技術(shù)等方面取得突破性進展。
實驗與理論計算相結(jié)合，從原子、分子尺度構(gòu)筑具有獨特晶體結(jié)構(gòu)及表面特性的納米結(jié)構(gòu)單元，揭示了材料表/界面結(jié)構(gòu)、電荷轉(zhuǎn)移特征、吸附能等對材料化學(xué)與物理性質(zhì)的影響機制，支撐和推進了環(huán)境催化材料、能源材料、生物醫(yī)用材料的納米結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能提升。發(fā)現(xiàn)了納米結(jié)構(gòu)光熱協(xié)同催化的作用機制和光熱協(xié)同催化新效應(yīng)，成功利用光-熱互補特性大幅提升了催化效率，并實現(xiàn)了光激發(fā)下催化劑的可再生；針對VOCs、NOx和甲醛降解研制了11種氣相光催化用Ti、Bi和Mn體系新材料。提出光催化固氮合成氨和光催化裂解生物質(zhì)制氫兩種新途徑，開辟了光催化材料研究新方向；提出了構(gòu)建以缺陷型半導(dǎo)體、原子尺度異質(zhì)結(jié)構(gòu)和多組分協(xié)同作用的創(chuàng)新思路，發(fā)展了多種新型太陽能轉(zhuǎn)換光催化體系；設(shè)計合成了基于g-C3N4的系列復(fù)合光催化體系，闡明了復(fù)合體系中兩組分在光催化還原CO2反應(yīng)中的協(xié)同催化效應(yīng)和雙活化作用機制；設(shè)計合成了非貴金屬介孔沸石基氧化物催化劑，獲得了與貴金屬Pt/C媲美的甲醇催化氧化性能。提出并建立了基于羥基磷灰石超長納米線的新型柔性無機生物材料及其制備新技術(shù)，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型羥基磷灰石無機纖維紙在骨缺損修復(fù)、生物醫(yī)用紙、抗菌紙、長久保存的書籍或重要文件、快速檢測試紙等諸多領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景，受到中央電視臺、人民日報、Chemistry Views等國內(nèi)外媒體的廣泛關(guān)注。
實驗室現(xiàn)有固定人員120人。其中，中國科學(xué)院院士1名，中國工程院院士2名、、國際陶瓷科學(xué)院院士2名、研究員63名、副研究員35名、助理研究員20名。學(xué)術(shù)帶頭人及研究骨干中，7人入選國家杰出青年基金、6人入選國家優(yōu)秀青年基金。
目前國際合作對象已發(fā)展到包括美、英、日、德等國的20多所大學(xué)及研究所；在國內(nèi)與清華大學(xué)等近30個高校和研究所保持廣泛的合作交流。實驗室每年資助10-12個開放基金課題，全部由客座研究人員與本室固定人員聯(lián)合承擔。實驗室學(xué)術(shù)交流頻繁，每年出訪和來訪人員超過100人/次，實驗室作為承辦單位多次舉辦國內(nèi)及國際大型學(xué)術(shù)會議。
實驗室堅持中、長期發(fā)展目標，進一步發(fā)展具有中國特色的新材料、新工藝和有創(chuàng)建性的理論，保持和加強實驗室在高性能陶瓷材料領(lǐng)域的優(yōu)勢地位，使之成為國際著名的國家重點實驗室之一。
地 址：上海市長寧區(qū)定西路1295號、上海市嘉定區(qū)和碩路585號
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依托單位：中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
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