宋金

电子邮件地址: 斤@chem.wisc.edu

房间号: 
3363a
电话号码: 
608-262-1562
组关系: 
进集团
职位名称: 
教授
路径: 
分析
化学生物学
无机
物料
物理
教育: 

理学士1997年,北京大学(中国)        
博士2002年,康奈尔大学

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研究说明

研究金组集中在纳米材料的化学和物理。我们开发了化学合成,装配和纳米材料的整合理性的战略,并探讨基本合成 - 结构 - 性能关系,特别是通过设备制造和表征,最后他们下发展的各种应用。我们应用气相,溶液相和固态纳米材料合成,以及单一来源前体的“传统”无机合成。我们感兴趣的是纳米材料可再生 能源 转换,例如光伏和热电能量转换,和纳米材料的生物技术的应用程序。总结如下是我们正在进行的研究领域:

纳米材料形成机制由螺旋位错驱动
我们已经发现通过轴向螺旋位错驱动的纳米线(NW)的生长机制,是使用金属催化剂传统的蒸气 - 液体 - 固体(VLS)或类似机制根本不同的。一个螺型位错螺旋的自我持续步骤的晶体生长(图b)在提供低过饱和下的快速的晶体生长前,使一维(1-d)NWS的各向异性晶体生长。通过错位驱动的快速增长的NWS,当与通过较慢VLS机构形成NW分支的外延过生长组合,导致在PBS中的前所未有的“圣诞树”的纳米结构(图a)。

具有旋转分支这些迷人的树木是“的Eshelby捻”的最清楚的示范 - 周围的螺旋位错作为其相关的应力的结果的晶体晶格的旋转。我们已经进一步阐明由于螺钉具有大伯格斯矢量的位错单晶的纳米管的生长。使用基本的晶体生长理论及其对生长动力学预测,我们证实,这些1-d纳米材料的各向异性晶体生长实际上由螺旋位错驱动。 错位驱动NW生长是一个普遍的机制,已大大下理解,它可以解释的各种通常观察到纳米级的形态。推进错位推动纳米材料生长一般的理解将开放的开发 大规模/低成本的解决方案的生长 一维的纳米材料用于各种大型应用,如那些用于可再生能源的合理无催化剂的合成。这一发现与我们持续的研究将产生在纳米材料的合理设计和合成一个新的层面。

在增强的热电材料的金属硅化物的纳米线以及它们的应用程序的一般的化学合成
纳米材料广泛研究迄今通常是由元素或原型化合物半导体用简单的化学计量的。与此相反,如金属硅化物的金属间化合物具有多个和不可预测的化学计量和复杂的相行为,使得它们具有挑战性的合成和到目前为止很少探讨。但是,硅化物的新颖NW材料在纳米电子学,nanospintronics,和热电显著应用程序。克服这种先前未解决的复杂性,我们开发了一般合成方法硅化物NWS使用单一来源的有机金属前体(SSP的)和互补化学气相输送(CVT)方法的化学气相沉积(CVD)可重复地递送硅和金属与化学计量控制。我们系统考察,SSP的家庭和阐明详细NW增长机制和管理纳米级金属间相的形成化学规则,对任何纯或合金金属硅化物的纳米材料的合成合理的目标而努力。与复合物晶体结构,诸如锰硅那些半导体硅化物的NWS1.8,是改进的热电材料非常有前途的。我们正在调查这些namomaterials纳米尺度如何影响他们的基本热性能。金属硅化物也很丰富,价格低廉,坚固,因此有望用于实际热电应用。我们正在探索的硅化物纳米线和纳米材料等以及它们的体积的纳米复合材料的高性能热电材料的实际应用。

纳米材料为可再生能源应用
纳米技术提供了新的方法,以太阳能转换,承诺更高的效率和更低的成本。我们已经证明了复杂的分级纳米线结构是有希望的候选者,因为散射提高了光吸收和树枝状结构优化载流子收集有效采集太阳能;但其实际应用中可以是具有挑战性由于从传统的平面结太阳能电池的显着偏离。我们正在探索各种方法来利用这种纳米结构的光伏和光电催化。我们使用我们的理解螺旋位错驱动NW生长到下发展,可以大规模以经济的方式进行更丰富的和稳定的半导体材料的纳米材料。

此外,与教授约翰赖特和教授Robert hamers协作,我们正在调查跨越量子约束纳米级异质结构模仿光合作用和染料敏化太阳能电池中的相干处理相干电荷传输。我们的合作希望能够提供使连贯运输与任意复杂形状,组合物和维度太阳能转换的纳米结构的普遍特征所需的基本理解。

的功能性纳米材料的仿生组件
我们应用从生物矿化过程衍生的纳米级功能材料组装成纳米级系统的仿生原理。在生物矿化,“基质”大分子能有效地诱导无机物质的成核成具有受控的尺寸,形态和生长取向的特定位置的晶体。通过小心地控制表面的有机分子,我们证明直接从溶液柔性聚合物基板上的成核和半导体阵列的组装和剥削他们对于大面积应用macroelectronic。真正的纳米级 自下而上装配是通过使用自组装纳米结构的嵌段共聚物和测序生物聚合物,如合成胶原和b肽纳米纤维,作为模板实现。我们也正在研究有机分子如何影响晶体生长形态。

奖项和荣誉

WARF romnes教师奖学金,威斯康星大学麦迪逊分校 2013
维拉斯副奖,美国威斯康星大学麦迪逊分校 2012
研究公司scialog太阳能转化奖 2011
研究员阿尔弗雷德页。斯隆研究基金会 2009
纳米奖,无机化学的ACS分裂 2014