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  •    于劍,男,19734月生于山西省陽城縣。理學博士,東華大學功能材料研究所教授。19956月吉林大學材料科學系材料科學專業畢業,獲工學學士學位;19986月南京大學物理系凝聚態物理專業畢業,獲理學碩士學位;20024月中國科學院研究生院,上海技術物理研究所微電子與固體電子專業畢業(在職),獲理學博士學位。19988月至20042月在中國科學院上海技術物理研究所紅外物理國家重點實驗室工作,歷任研究實習員、助理研究員、副研究員;20043月至20048月在德國馬普微結構物理研究所做洪堡學者;20049月至20068月在日本東京工業大學應用陶瓷研究所做日本學術振興會外國人特別研究員;200610月至20164月在同濟大學功能材料研究所/材料科學與工程學院工作,教授/上海高校特聘教授(東方學者)20165月起在東華大學功能材料研究所工作。獲得中國科學院院長獎特別獎和全國百篇優秀博士學位論文獎、獲聘上海高校特聘教授(東方學者)、入選教育部新世紀優秀人才計劃和上海市浦江人才計劃。

      

    主要研究方向:

    1. 鈣鈦礦結構氧化物數據挖掘

    2. 鈣鈦礦結構鐵電、光電功能新材料

    3. 高溫磁電、壓電多重鐵性陶瓷新材料

    4. 壓電陶瓷材料器件一體化技術

      

    主要研究成果:

    1.鐵酸鉍基陶瓷材料的損耗與結構相變BiFeO3的高溫鐵電和高溫多重鐵性讓人愛恨交加,制備單相、高阻、低損耗BiFeO3樣品是材料工作者面臨的巨大挑戰。近年來,本課題組發展了基于多元固溶體原理的組合元素摻雜替代技術、提高了BiFeO3鈣鈦礦結構相的熱力學穩定性,澄清了BiFeO3陶瓷低電阻、高介電損耗的空位機制。成功制備了電阻率可調、光學帶隙可調的系列鐵酸鉍基陶瓷材料。發現了豐富的鐵電、磁、晶體結構相變,首次發現了一個負熱膨脹系數的鐵彈中間相。采用物理指導的數據挖掘建立了鈣鈦礦結構氧化物鐵電相變居里溫度、結構相變溫度與原胞約合質量(μ)間的定量關系:TC=a+bμ+cμ2;并從結構相變理論揭示了它們的內在關系以及決定鐵性相變性質的主導因素。在鈣鈦礦結構鐵電材料中采用自旋工程構筑了多種磁序,首次實現高溫亞鐵磁序、阻挫鐵磁序和鐵磁序,鐵磁相變居里溫度在室溫以上可調。已在鈣鈦礦結構氧化物鐵電新材料研究方面奠定了堅實的物理化學基礎并實現了壓電、光電、磁電陶瓷新材料研發的系列突破。

    2.鈣鈦礦型高溫壓電陶瓷新材料。對鈣鈦礦結構BiFeO3-Bi(Zn0.5Ti0.5)O3-PbTiO3三元固溶體,發展了調控材料體積熱膨脹系數制備機械性能優良的高溫、高壓電性能鐵電陶瓷新材料的理論和技術,得到居里溫度高達700oC、具有結構相界的鈣鈦礦結構鐵電壓電陶瓷新材料體系。數據挖掘發現鐵電陶瓷壓電常數d33與介電常數ε33的定量關系:,為高壓電性能鐵電陶瓷新材料的研發和評估指明了方向。在鈣鈦礦結構BF-BZT-PTBF-BZT-BT三元固溶體中通過構建結構相界,獲得了與當前商用偏鈮酸鉛、鈦酸鉍系居里溫度相等、但壓電性能更優的新材料。實驗發現這些三元固溶體的結構相界位置、居里溫度和壓電性能都表現出復雜的晶粒尺寸效應。實驗確定了鐵酸鉍基系列鐵電陶瓷材料中殘余張應力與負熱膨脹系數鐵彈中間相的關系及其對鐵電極化反()轉的釘扎效應,提出了后續熱處理等清除殘余應力方案。已獲得兩種實用高壓電活性鈣鈦礦型高溫鐵電壓電陶瓷新材料,正在開展傳感器應用等研發工作。

    3.巨各向異性Pb0.6-xCaxBi0.4(Ti0.75Zn0.15Fe0.1)O3壓電陶瓷新材料。研發出一種具有優良機械強度、大結晶學各向異性的Pb0.6Bi0.4(Ti0.75Zn0.15Fe0.1)O3鐵電壓電陶瓷新材料,室溫耐壓強度超過8kV/mm,居里溫度705oC、介電常數εr=  200。開展了Ca替代Pb實驗,獲得了巨各向異性壓電陶瓷新材料:15%Ca替代時d33提高到了58pC/Nεr= 270tanδ= 2.1%kt= 0.30kp→ 0.00Qm= 30Nt= 1860HzmTC= 325oC18%Ca替代時:d33= 80pC/Nεr= 380kt/kp?Qm= 50TC= 237oC

    4.壓電陶瓷材料器件一體化新技術。發展了基于固相反應低熔點共熔(eutectic)行為理論的鈣鈦礦結構氧化物的本征低溫燒結技術,在PbTiO3-PbZrO3-Bi(Zn0.5Ti0.5)O3PbTiO3-PbZrO3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-Bi(Zn0.5Ti0.5)O3PbTiO3-BiFeO3-Bi(Zn0.5Ti0.5)O3等鈣鈦礦結構三()元固溶體中,發明了三種具有本征低燒結溫度特性的鐵電壓電陶瓷新體系,探索了不同摻雜元素對壓電性能的影響。對于上述壓電陶瓷材料,委托西安康弘新材料科技公司,采用他們的工藝進行了層疊壓電陶瓷作動器加工,成功試制了與Ag電極材料共燒多層壓電陶瓷作動器。針對陶瓷的脆性弱點,采用不同微量元素組合添加,已在PMnN-PMnS-PZTPMgN-PZTPMgN-PZN-PZT等多種體系中實現了壓電陶瓷的穿晶斷裂,實驗發現:斷裂模式不僅與微量添加元素相關、還與壓電陶瓷的主成分、晶粒尺寸等因素密切相關。

    5.高致密偏鈮酸鉛高溫壓電陶瓷材料技術。鎢青銅結構偏鈮酸鉛鐵電壓電陶瓷具有高使用溫度、大各向異性、低機械品質因數等特點,在石油測井、水聲、無損檢測等領域有著廣泛的應用。偏鈮酸鉛基壓電材料應用的主要障礙是陶瓷燒結不致密,具有疏松多孔顯微結構,從而導致機械強度差、極化困難、成品率低、一致性差、重復性低等問題,嚴重制約了偏鈮酸鉛基壓電陶瓷材料與器件在國內的生產與應用。美國產品的妙處就在于很好的解決了這一問題,奠定了其在換能器研制與應用方面的堅實基礎和壟斷地位!本人采用組合元素摻雜技術,獲得了高致密顯微組織結構的偏鈮酸鉛壓電陶瓷,優選出了一個材料配方:TC~ 500oCd33= 90pC/Nε33T0= 300kt= 0.35Qm= 15Nt= 1578Hzm。已向兄弟單位提供小批量25mm陶瓷元件,用于研制石油測井超聲換能器。

      

    獲獎與榮譽:

    1. 2008年上海高校特聘教授(東方學者)

    2. 2007年教育部新世紀優秀人才計劃

    3. 2007年上海市浦江人才計劃

    4. 2004年德國洪堡學者

    5. 2004-2006年日本學術振興會外國人特別研究員

    6. 2004年度全國百篇優秀博士學位論文獎

    7. 2005年度上海市研究生優秀成果(學位論文)

    8. 2002年度中國科學院院長獎特別獎

    9. 2001年度上海市科技進步獎三等獎(第五完成人)

      

    主持/參加科研項目及人才計劃項目:

    1.國家自然科學基金面上項目,61771122、高溫鈣鈦礦結構鐵電壓電陶瓷新材料、2018/01-2021/1262萬元、進行中、主持。

    2.歌爾股份有限公司,鐵酸鉍基多層無鉛壓電陶瓷研發、2017/07-2017/126.5萬元、已結題、主持。

    3.中央高校基本科研業務費專項資金(同濟大學),鈣鈦礦結構氧化物離子剪裁原理與電學特性研究、2011/07-2013/0620.0萬元、已結題、主持。

    4.國家自然科學基金面上項目(蘇州職業大學負責)50875181、基于層疊式壓電陶瓷作動器的直線型超聲電機研究、2009/01-2011/1231.0萬元、已結題、參加。

    5.東方學者(上海高校特聘教授)2009/01-2011/12,材料學。

    6.教育部新世紀優秀人才計劃,NCET-07-0624、新型高溫壓電、磁電功能材料與器件設計開發、2008/01-2010/1250.0萬元、已結題、主持。

    7.上海市浦江人才,07pj14087、新型高溫壓電、磁電功能材料設計開發、2007/10-2009/0930.0萬元、已結題、主持。

    8.教育部百優作者專項,200744、高溫單相磁電多重鐵性材料的設計與開發、2007/01- 2009/1242.0萬元、已結題、主持。

    9.國家自然科學基金青年基金,10304021、納米鐵電材料的量子特性研究、2004/01-2006/1230.0萬元、已結題、主持。

      

    教學工作:

    本科教學:主講《無機功能材料》熱與機械性能部分;

    碩士教學:主講《材料科學導論》、《無機功能材料化學》、《多重鐵性材料物理》、《陶瓷導論》、《固體物理》磁性部分;

    博士教學:主講《材料的結構與性能》磁性部分。

      

    代表著述:

    1. 于劍,褚君浩*, 數據科學范式下的鈣鈦礦結構鐵電新材料研究,科技導報37(11), 71-81 (2019).

    2. Jian Yu*, and Mitsuru Itoh, Physics-guided data-mining driven design of room-temperature multiferroic perovskite oxides. Physica Status Solidi-RRL 13(6), 1900028 (2019).

    3. Yinglong Jiang, Huanpo Ning, and Jian Yu*, Optical bandgap tuning of ferroelectric semiconducting BiFeO3-based oxide perovskites via chemical substitution for photovoltaics, AIP Advances 8, 125334 (2018). 

    4. Jian Yu*, Jun Li, Yinglong Jiang and Junhao Chu, Data-Mining Driven Design for Novel Perovskite-type Piezoceramics, Proc. of 2018 ISAF-FMA-AMF-AMEC-PFM Joint Conference. IEEE Xplore: DOI: 10.1109/ISAF.2018.8463245 (2018).

    5. 姜英龍李軍于劍*, 數據挖掘驅動的BiFeO3-BaTiO3鐵電陶瓷元素替代效應,科學通報, 63(31), 3229-3240 (2018).

    6. Linlin Zhang, and Jian Yu*, Robust insulating La and Ti co-doped BiFeO3 multiferroic ceramics, J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 27(8), 8725-8733 (2016).

    7. Weilin Zheng, and Jian Yu*, Residual tensile stresses and piezoelectric properties in BiFeO3-Bi(Zn1/2Ti1/2)O3-PbTiOternary solid solution perovskite ceramics, AIP Advances 6, 085314 (2016).

    8. Linlin Zhang, and Jian Yu*, Residual tensile stress in robust insulating rhombohedral Bi1-xLaxFe1-yTiyO3 multiferroic ceramics and its ability to pin ferroelectric polarization switching, Appl. Phys. Lett. 106, 112907 (2015).

    9. Yang Lin, Linlin Zhang, Weilin Zheng, and Jian Yu*, Structural phase boundary of BiFeO3-Bi(Zn1/2Ti1/2)O3-BaTiO3 lead-free ceramics and their piezoelectric properties, J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 26(10), 7351-7360 (2015).

    10. Linlin Zhang, Jian Yu*, and Mitsuru Itoh, Structural phase transitions of robust insulating Bi1-xLaxFe1-yTiyO3 multiferroics, J. Appl. Phys. 115, 123523 (2014).

    11. Jian Yu*, Feifei An, and Fei Cao, Ferroic phase transition of tetragonal Pb0.6-xCaxBi0.4(Ti0.75Zn0.15Fe0.1)O3 ceramics: Factors determining Curie temperature, Jpn. J. Appl. Phys. 53, 051501 (2014).

    12. Xianbo Hou, and Jian Yu*, Perovskite-structured BiFeO3-Bi(Zn1/2Ti1/2)O3-PbTiOsolid solution piezoelectric ceramics with Curie temperature about 700oC, J. Am. Ceram. Soc. 96(7), 2218-2224 (2013).

    13. Ruifang Yue, Xianbo Hou, Wenze He and Jian Yu*, Piezoelectric Properties of Fine-Grained Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-Pb(Zr,Ti)O3-Bi(Zn1/2Ti1/2)O3 Quaternary Solid Solution Ceramics, Jpn. J. Appl. Phys. 52(6), 061502 (2013).

    14. Jian Yu* and Junhao Chu, Nanocrystalline Barium Titanate, in Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology, vol.17, pp27-64, ed. by H. S. Nalwa, American Scientific Publishers, (2011).

    15. Jian Yu* and Junhao Chu, Progress and prospect for high temperature single phase magnetic ferroelectrics, Chin. Sci. Bull. 53(14), 2097-2112 (2008).


    專利:

      1. 于劍,高溫單相亞鐵磁-鐵電多重鐵性陶瓷材料及其制備方法,中國,專利授權號ZL 2008 1 0035703.2授權公告日2011.06.22

      2. 于劍,具有低溫燒結特性的鐵電陶瓷、工藝方法及應用,中國,專利授權號ZL2008 1 0035704.7授權公告日2012.02.29

      

    代表性學術會議:

    1. Jian Yu, Data-mining driven searching new high temperature multiferroic perovskite-type oxides (invited), E-MRS 2018 Fall Meeting, Sept. 17-20, 2018, Warsaw, Poland.

    2. Jian Yu, Data-Mining Driven Design for Novel Perovskite-type Piezoceramics (oral), 2018 ISAF-FMA-AMF-AMEC-PFM Joint Conference, May 27-June 1, 2018, Hiroshima, Japan.

    3. Jian Yu, Data-mining driven design for novel perovskite-type piezoceramics with TC >500oC(invited), The 9th Japan-China Symposium on Ferroelectric Materials and Their Applications, Sept.14-16, 2017, Chengdu, China.

    4. 于劍,鈣鈦礦高溫壓電陶瓷材料基因組學設計(邀請報告)2017中國材料學會年會,寧夏銀川,20177

    5. 于劍,鐵酸鉍的磁性考慮與對策(口頭報告)2017中國材料學會年會,寧夏銀川,20177月。

    6. Jian Yu*, L. L. Zhang, X. B. Hou, Y. Lin, and W. L. Zheng, Novel perovskite-type ferroelectrics with high curie temperature and piezoresponse(Oral), 2016 Joint IEEE Int. Symp. on the Applications of Ferroelectrics, European Conference on Application of Polar Dielectrics, and Piezoelectric Force Microscopy Workshop, Aug. 21-25, 2016, Darmstadt, Germany.

    7. Jian Yu, Linlin Zhang, Xianbo Hou, Yang Lin, Weilin Zheng, Materials genome approach for novel perovskite-type ferroelectrics with high Curie temperature and piezoresponse (invited), The 7th Japan-China Symposium on Ferroelectric Materials and Their Applications, Aug. 26-29, 2015, Beijing, China.

    8. Jian Yu, and Linlin Zhang, Ferroic structural phase transitions in insulating multiferroic BiFeO3-based Ternary Solid Solutions (invited), The Joint Conference of 9th Asian Meeting on Ferroelectrics & 9th Asian Meeting on Electroceramics Oct. 26-30, 2014, Shanghai, China

    9. Yang Lin, and Jian Yu, Preparation and multiferroic properties of high temperature BiFeO3-Bi(Zn1/2Ti1/2)O3-BaTiO3 lead-free ceramics (oral), The Joint Conference of 9th Asian Meeting on Ferroelectrics & 9th Asian Meeting on Electroceramics Oct. 26-30, 2014, Shanghai, China

    10. Xianbo Hou and Jian Yu, Piezoelectric Properties of High Temperature Perovskitestructured 0.35PbTiO3-0.15Bi(Zn1/2Ti1/2)O3-0.5(Bi1-xLax)FeO3 Ceramics (oral), at the 8th Asian Meeting on Electroceramics (AMEC-8), July 1-5, 2012 Penang, Malaysia.

    11. Jian Yu, Linlin Zhang, and Xianbo Hou, High temperature multiferroic compounds: from BiFeO3 to Bi2FeCrO6 (poster), Nature Conference “Frontiers in Electronic Materials”, June 17-20, 2012, Aachen, Germany.

    12. Jian Yu, and Xianbo Hou, High temperature perovskite-structured BiFeO3-Bi(Zn1/2Ti1/2)O3-PbTiO3 piezoelectric ceramics (oral), The 4th Japan-China Symposium on Ferroelectric Materials and Their Applications, Nov. 7-10, 2012, Matsushima, Miyagi, Japan.

    13. 張林林于劍高阻Bi1-xLaxFe1-x/2Tix/2O3陶瓷的制備與性能研究(oral), 中國材料大會2012年會, 2012713-18山西太原.

    14. Ruifang Yue, Xianbo Hou, Jian Yu, Monolithic technology of soft-type piezoceramic transducer (oral), at the 12th European Meeting on Ferroelectricity, Bordeaux France, on Jun. 26-Jul.1, 2011.

    15. Jian Yu, Feifei An, Tingting Wang, Wenze He. Phase Transition of Pb0.6Bi0.4(Ti0.75Zn0.15 Fe0.1)O3-based Solid Solutions (oral), 7th Asian Meeting on Ferroelectricity and 7th Asian Meeting on ElectroCeramics, June 28-July 1, 2010, Jeju, Korea.

      

    歡迎材料、物理、化學、電子等背景的有志青年、有識之士來此從事學習研究工作,為我國經濟的Create in China 戰略發展貢獻綿薄之力。

      

    聯系方式:

    東華大學功能材料研究所

    上海市松江區人民北路2999號郵編201620

    辦公室:科技創新樓518

    電話:021-67874089

    Email: jyu@dhu.edu.cn


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