于剑,男,19734月生于山西省阳城县。理学博士,东华大学功能材料研究所教授。19956月吉林大学材料科学系材料科学专业毕业,获工学学士学位;19986月南京大学物理系凝聚态物理专业毕业,获理学硕士学位;20024月中国科学院研究生院,上海技术物理研究所微电子与固体电子专业毕业(在职),获理学博士学位。19988月至20042月在中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室工作,历任研究实习员、助理研究员、副研究员;20043月至20048月在德国马普微结构物理研究所做洪堡学者;20049月至20068月在日本东京工业大学应用陶瓷研究所做日本学术振兴会外国人特别研究员;200610月至20164月在同济大学功能材料研究所/材料科学与工程学院工作,教授/上海高校特聘教授(东方学者)20165月起在东华大学功能材料研究所工作。获得中国科学院院长奖特别奖和全国百篇优秀博士学位论文奖、获聘上海高校特聘教授(东方学者)、入选教育部新世纪优秀人才计划和上海市浦江人才计划。

  

主要研究方向:

1. 钙钛矿结构氧化物数据挖掘

2. 钙钛矿结构铁电、光电功能新材料

3. 高温磁电、压电多重铁性陶瓷新材料

4. 压电陶瓷材料器件一体化技术

  

主要研究成果:

1.铁酸铋基陶瓷材料的损耗与结构相变BiFeO3的高温铁电和高温多重铁性让人爱恨交加,制备单相、高阻、低损耗BiFeO3样品是材料工作者面临的巨大挑战。近年来,本课题组发展了基于多元固溶体原理的组合元素掺杂替代技术、提高了BiFeO3钙钛矿结构相的热力学稳定性,澄清了BiFeO3陶瓷低电阻、高介电损耗的空位机制。成功制备了电阻率可调、光学带隙可调的系列铁酸铋基陶瓷材料。发现了丰富的铁电、磁、晶体结构相变,首次发现了一个负热膨胀系数的铁弹中间相。采用物理指导的数据挖掘建立了钙钛矿结构氧化物铁电相变居里温度、结构相变温度与原胞约合质量(μ)间的定量关系:TC=a+bμ+cμ2;并从结构相变理论揭示了它们的内在关系以及决定铁性相变性质的主导因素。在钙钛矿结构铁电材料中采用自旋工程构筑了多种磁序,首次实现高温亚铁磁序、阻挫铁磁序和铁磁序,铁磁相变居里温度在室温以上可调。已在钙钛矿结构氧化物铁电新材料研究方面奠定了坚实的物理化学基础并实现了压电、光电、磁电陶瓷新材料研发的系列突破。

2.钙钛矿型高温压电陶瓷新材料。对钙钛矿结构BiFeO3-Bi(Zn0.5Ti0.5)O3-PbTiO3三元固溶体,发展了调控材料体积热膨胀系数制备机械性能优良的高温、高压电性能铁电陶瓷新材料的理论和技术,得到居里温度高达700oC、具有结构相界的钙钛矿结构铁电压电陶瓷新材料体系。数据挖掘发现铁电陶瓷压电常数d33与介电常数ε33的定量关系:,为高压电性能铁电陶瓷新材料的研发和评估指明了方向。在钙钛矿结构BF-BZT-PTBF-BZT-BT三元固溶体中通过构建结构相界,获得了与当前商用偏铌酸铅、钛酸铋系居里温度相等、但压电性能更优的新材料。实验发现这些三元固溶体的结构相界位置、居里温度和压电性能都表现出复杂的晶粒尺寸效应。实验确定了铁酸铋基系列铁电陶瓷材料中残余张应力与负热膨胀系数铁弹中间相的关系及其对铁电极化反()转的钉扎效应,提出了后续热处理等清除残余应力方案。已获得两种实用高压电活性钙钛矿型高温铁电压电陶瓷新材料,正在开展传感器应用等研发工作。

3.巨各向异性Pb0.6-xCaxBi0.4(Ti0.75Zn0.15Fe0.1)O3压电陶瓷新材料。研发出一种具有优良机械强度、大结晶学各向异性的Pb0.6Bi0.4(Ti0.75Zn0.15Fe0.1)O3铁电压电陶瓷新材料,室温耐压强度超过8kV/mm,居里温度705oC、介电常数εr=  200。开展了Ca替代Pb实验,获得了巨各向异性压电陶瓷新材料:15%Ca替代时d33提高到了58pC/Nεr= 270tanδ= 2.1%kt= 0.30kp→ 0.00Qm= 30Nt= 1860HzmTC= 325oC18%Ca替代时:d33= 80pC/Nεr= 380kt/kpQm= 50TC= 237oC

4.压电陶瓷材料器件一体化新技术。发展了基于固相反应低熔点共熔(eutectic)行为理论的钙钛矿结构氧化物的本征低温烧结技术,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等钙钛矿结构三()元固溶体中,发明了三种具有本征低烧结温度特性的铁电压电陶瓷新体系,探索了不同掺杂元素对压电性能的影响。对于上述压电陶瓷材料,委托西安康弘新材料科技公司,采用他们的工艺进行了层叠压电陶瓷作动器加工,成功试制了与Ag电极材料共烧多层压电陶瓷作动器。针对陶瓷的脆性弱点,采用不同微量元素组合添加,已在PMnN-PMnS-PZTPMgN-PZTPMgN-PZN-PZT等多种体系中实现了压电陶瓷的穿晶断裂,实验发现:断裂模式不仅与微量添加元素相关、还与压电陶瓷的主成分、晶粒尺寸等因素密切相关。

5.高致密偏铌酸铅高温压电陶瓷材料技术。钨青铜结构偏铌酸铅铁电压电陶瓷具有高使用温度、大各向异性、低机械品质因数等特点,在石油测井、水声、无损检测等领域有着广泛的应用。偏铌酸铅基压电材料应用的主要障碍是陶瓷烧结不致密,具有疏松多孔显微结构,从而导致机械强度差、极化困难、成品率低、一致性差、重复性低等问题,严重制约了偏铌酸铅基压电陶瓷材料与器件在国内的生产与应用。美国产品的妙处就在于很好的解决了这一问题,奠定了其在换能器研制与应用方面的坚实基础和垄断地位!本人采用组合元素掺杂技术,获得了高致密显微组织结构的偏铌酸铅压电陶瓷,优选出了一个材料配方:TC~ 500oCd33= 90pC/Nε33T0= 300kt= 0.35Qm= 15Nt= 1578Hzm。已向兄弟单位提供小批量25mm陶瓷元件,用于研制石油测井超声换能器。

  

获奖与荣誉:

1. 2008年上海高校特聘教授(东方学者)

2. 2007年教育部新世纪优秀人才计划

3. 2007年上海市浦江人才计划

4. 2004年德国洪堡学者

5. 2004-2006年日本学术振兴会外国人特别研究员

6. 2004年度全国百篇优秀博士学位论文奖

7. 2005年度上海市研究生优秀成果(学位论文)

8. 2002年度中国科学院院长奖特别奖

9. 2001年度上海市科技进步奖三等奖(第五完成人)

  

主持/参加科研项目及人才计划项目:

1.国家自然科学基金面上项目,61771122、高温钙钛矿结构铁电压电陶瓷新材料、2018/01-2021/1262万元、进行中、主持。

2.歌尔股份有限公司,铁酸铋基多层无铅压电陶瓷研发、2017/07-2017/126.5万元、已结题、主持。

3.中央高校基本科研业务费专项资金(同济大学),钙钛矿结构氧化物离子剪裁原理与电学特性研究、2011/07-2013/0620.0万元、已结题、主持。

4.国家自然科学基金面上项目(苏州职业大学负责)50875181、基于层叠式压电陶瓷作动器的直线型超声电机研究、2009/01-2011/1231.0万元、已结题、参加。

5.东方学者(上海高校特聘教授)2009/01-2011/12,材料学。

6.教育部新世纪优秀人才计划,NCET-07-0624、新型高温压电、磁电功能材料与器件设计开发、2008/01-2010/1250.0万元、已结题、主持。

7.上海市浦江人才,07pj14087、新型高温压电、磁电功能材料设计开发、2007/10-2009/0930.0万元、已结题、主持。

8.教育部百优作者专项,200744、高温单相磁电多重铁性材料的设计与开发、2007/01- 2009/1242.0万元、已结题、主持。

9.国家自然科学基金青年基金,10304021、纳米铁电材料的量子特性研究、2004/01-2006/1230.0万元、已结题、主持。

  

教学工作:

本科教学:主讲《无机功能材料》热与机械性能部分;

硕士教学:主讲《材料科学导论》、《无机功能材料化学》、《多重铁性材料物理》、《陶瓷导论》、《固体物理》磁性部分;

博士教学:主讲《材料的结构与性能》磁性部分。

  

代表著述:

1. 于剑,褚君浩*, 数据科学范式下的钙钛矿结构铁电新材料研究,科技导报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. 姜英龙李军于剑*, 数据挖掘驱动的BiFeO3-BaTiO3铁电陶瓷元素替代效应,科学通报, 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).


专利:

  1. 于剑,高温单相亚铁磁-铁电多重铁性陶瓷材料及其制备方法,中国,专利授权号ZL 2008 1 0035703.2授权公告日2011.06.22

  2. 于剑,具有低温烧结特性的铁电陶瓷、工艺方法及应用,中国,专利授权号ZL2008 1 0035704.7授权公告日2012.02.29

  

代表性学术会议:

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. 于剑,钙钛矿高温压电陶瓷材料基因组学设计(邀请报告)2017中国材料学会年会,宁夏银川,20177

5. 于剑,铁酸铋的磁性考虑与对策(口头报告)2017中国材料学会年会,宁夏银川,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. 张林林于剑高阻Bi1-xLaxFe1-x/2Tix/2O3陶瓷的制备与性能研究(oral), 中国材料大会2012年会, 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.

  

欢迎材料、物理、化学、电子等背景的有志青年、有识之士来此从事学习研究工作,为我国经济的Create in China 战略发展贡献绵薄之力。

  

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