潘曹峰

潘曹峰

北京纳米能源与系统研究所 , 研究员

研究兴趣:压电光电子学纳米发电机自驱动纳米系统

潘曹峰,男,中国科学院北京纳米能源与系统研究所研究员、博士生导师。2005、2010年分别在清华大学材料科学与工程系获学士、博士学位,曾获得清华大学优秀博士学位论文奖,北京市优秀博士学位论文奖以及全国优秀博士学位论文奖。其后于美国佐治亚理工学院,材料科学与工程学院进行博士后研究。主要研究方向为纳米能源、复合纳米能源、纳米燃料电池及纳米生物燃料电池以及自驱动纳米系统。近年来的研究工作主要集中在压电光电子学效应及其在光电器件中的应用,尤其是开展新型压电光电子学器件、大规模柔性阵列式压电光电子学器件的设计和集成以及这些器件系统在智能传感、应力(变)成像、生物交互和控制与自供能微纳系统等领域中的应用。其中,阵列式压电光电子学器件及其在应力分布探测与智能皮肤仿生、压电光电子学效应对阵列式发光二极管发光强度和发光效率的调制、压电光电子学效应对增强单根p-Cu2S/nCdS同心轴太阳能电池转换效率成为该领域发展过程中的重要进展。在研究工作中已经利用同型仪器从事过相关领域的研究。在材料学科国际顶级杂志如Nature photonics、Advanced Materials、Angewandte Chemie、Nano Letters、Journal of the American Chemical Society、 ACS Nano等发表高水平SCI论文四十余篇。

教育背景

2005-2010

博士学位,清华大学材料科学与工程系 ( 20107)

导师:朱静院士

2001-2005

学士学位,清华大学材料科学与工程系 ( 20057)

 
工作经历
  • 2013.1 压电光电子学部,研究员

  • 2010.08-2013.01 博士后 Georgia Institute ofTechnology合作导师:王中林院士

  • 2007.09-2009.09 院长助理及院士助理,清华大学材料科学与工程系

获奖情况

2010  清华大学优秀博士学位论文      Excellent Doctoral Dissertation of Tsinghua University

2011  北京市优秀博士学位论文        Excellent Doctoral Dissertation of Beijing city

2012  全国优秀博士学位论文          National Excellent Doctoral Dissertation of PR China

课题研究

1. 压电光电子学效应及其在光电子器件中的应用

压电效应是压电材料,如氧化锌、氮化镓、锆钛酸铅等,在应力作用下产生形变时出现的一种内部电势的现象。压电效应已经广泛应用于微机械传感、器件驱动和能源领域。对于氧化锌、氮化镓等半导体材料,由于同时具有压电性和半导体性,压电效应可以改变金属-半导体的界面势垒和p-n结的输运性质,这就是压电电子学。如果器件在源极或漏极中有一端或两端是肖特基接触的,当激光照射在源极或漏极时,由于压电效应、光激发和半导体特性的三相耦合,可以产生一种新的效应,即压电光电子学效应。压电光电子学可以利用压电电场来调控载流子的产生、传输、分离和复合,在发光二极管、光探测和太阳能电池等领域中都有广泛的应用。最近,我们已经实现以应变调控发光二极管的发光强度和发光效率,以应变来提高光探测的效率;以及用应变来调控太阳能电池的性能。我们正在利用这一效应构建新一代自驱动纳米传感器系统。

2. 纳米发电机及“混合”纳米发电机及其在自驱动纳米系统中的应用

纳米技术作为21世纪的一个重要新兴科技领域,在理论与实践上正经历着高速的发展。大量新型纳米材料与器件不断被开发出来,并在生物医学、国防以及人们日常生活的各个领域中展现出前所未有的应用前景。然而,纳米技术发展到今日,大量的研究都集中于开发高灵敏度,高性能的纳米器件,很少有关于纳米尺度的电源系统研究。但是,应用于生物及国防等方面的纳米传感器对这种电源系统的需求却与日俱增。如果这些传感器能从环境中自己给自己提供电源,从而实现器件和电源的同时小型化,将是极具意义的。之前,我们课题已经研究出了基于氧化锌纳米线的纳米发电机,能够将环境中的机械能转化为电能。

我们生活的环境中还充满了其它各种各样的能量,如肌肉活动能、化学能、生物能、微风能、太阳能、热能等。如果我们能够制造一个纳米器件,能够同时或者独立地利用环境中的多种能量,产生电能,那将是非常有意义的。我们之前的工作中已经研究了利用机械能/太阳能,和机械能/生物化学能的两种混合纳米发电机,并且这两种混合发电机在自驱动纳米系统中的应用。

3. 纳米线太阳能电池及其在自驱动纳米系统中的应用

如今,能源已经成为限制人类社会发展的一个最关键的问题。由于石油、煤等能源的不可再生,全人类都在努力寻找新的“可再生”的“绿色”替代能源,如风能、核能和氢能,以维持人类社会的可持续发展。太阳能是一种清洁的、可再生的、用之不尽取之不竭的能源,目前在美国、日本和以色列等国家,已经大量使用太阳能装置,更朝商业化的目标前进。如何降低太阳能电池的成本,提高太阳能电池的能量转换效率是目前研究中急待解决的问题。

纳米线材料由于其大的表面/体积比,大的长径比,其具有很多优异的物理性能,被认为有望提升太阳能电性能并降低成本。我们利用金属催化腐蚀的方法,在硅晶片表面得到大面积的硅纳米线阵列,该硅纳米线阵列具有很好的减反射性能。我们还利用超高真空物理气相沉积制备了大面积的硅-硅锗单晶外延芯-壳结构纳米线阵列,并制备出太阳能电池,其能量转化效率为3.26%

代表论著:
 

1)  Caofeng Pan, Lin Dong, Guang Zhu, Simiao Niu, Ruomeng Yu, Qing Yang, Ying Liu and Zhong Lin Wang, High-resolution electroluminescent imaging of pressure distribution using a piezoelectric nanowire LED array.Nature Photonics: 20130828 ,7 ,752 (影响因子:27.2) 

2)  Yu, R. M.; Pan, C. F.; Wang, Z. L., High performance of ZnO nanowire protein sensors enhanced by the piezotronic effect. Energy & Environmental Science 2013, 6, 494-499. (Yu, R. M.与 Pan, C. F.贡献等同) (影响因子:9.61)

3)  Yang, Q.; Liu, Y.; Pan, C. F.; Chen, J.; Wen, X. N.; Wang, Z. L., Largely Enhanced Efficiency in ZnO Nanowire/p-Polymer Hybridized Inorganic/Organic Ultraviolet Light-Emitting Diode by Piezo-Phototronic Effect. Nano Letters 2013, online, DOI: 10.1021/nl304163n.(影响因子: 13.198)

4)  Pan, C. F.; Yu, R. M.; Niu, S. M.; Zhu, G.; Wang, Z. L., Piezotronic effect on the sensitivity and signal level of schottky contacted pro-active micro/nanowire nanosensors. ACS Nano 2013, online, DOI: 10.1021/nn306007p.(影响因子: 10.774)

5)  Zhu, G.; Pan, C. F.; Guo, W. X.; Chen, C. Y.; Zhou, Y. S.; Yu, R. M.; Wang, Z. L., Triboelectric-Generator-Driven Pulse Electrodeposition for Micropatterning. Nano Letters 2012, 12, 4960-4965.(影响因子: 13.198)

6)  Pan, C. F.; Niu, S. M.; Ding, Y.; Dong, L.; Yu, R. M.; Liu, Y.; Zhu, G.; Wang, Z. L., Enhanced Cu2S/CdS Coaxial Nanowire Solar Cells by Piezo-Phototronic Effect. Nano Letters 2012, 12, 3302-3307. (影响因子: 13.198)

7)  Pan, C. F.; Guo, W. X.; Dong, L.; Zhu, G.; Wang, Z. L., Optical Fiber-Based Core-Shell Coaxially Structured Hybrid Cells for Self-Powered Nanosystems. Advanced Materials 2012, 24, 3356-3361.(影响因子: 13.877)

8)  Yu, R. M.; Dong, L.; Pan, C. F.; Niu, S. M.; Liu, H. F.; Liu, W.; Chua, S.; Chi, D. Z.; Wang, Z. L., Piezotronic Effect on the Transport Properties of GaN Nanobelts for Active Flexible Electronics. Advanced Materials 2012, 24, 3532-3537. .(Pan, C. F. is the group leader of Dong, L.; Niu, S. M.; and Yu, R. M.) (影响因子: 13.877)

9)  Dong, L.; Niu, S. M.; Pan, C. F.; Yu, R. M.; Zhang, Y.; Wang, Z. L., Piezo-Phototronic Effect of CdSe Nanowires. Advanced Materials 2012, 24, 5470-5475.(Pan, C. F. is the group leader of Dong, L.; Niu, S. M.; and Yu, R. M.) (影响因子: 13.877)

10)  Guo, W. X.; Xu, C.; Wang, X.; Wang, S. H.; Pan, C. F.; Lin, C. J.; Wang, Z. L., Rectangular Bunched Rutile TiO2 Nanorod Arrays Grown on Carbon Fiber for Dye-Sensitized Solar Cells. Journal of the American Chemical Society 2012, 134, 4437-4441.(影响因子:9.907)

11)  Pan, C. F.; Luo, Z. X.; Xu, C.; Luo, J.; Liang, R. R.; Zhu, G.; Wu, W. Z.; Guo, W. X.; Yan, X. X.; Xu, J.; Wang, Z. L.; Zhu, J., Wafer-Scale High-Throughput Ordered Arrays of Si and Coaxial Si/Si1-xGex Wires: Fabrication, Characterization, and Photovoltaic Application. ACS Nano 2011, 5, 6629-6636.(影响因子: 10.774)

12)  Pan, C. F.; Li, Z. T.; Guo, W. X.; Zhu, J.; Wang, Z. L., Fiber-Based Hybrid Nanogenerators for/as Self-Powered Systems in Biological Liquid. Angewandte Chemie-International Edition 2011, 50, 11192-11196.(影响因子: 13.455)

13)   Pan, C. F.; Fang, Y.; Wu, H.; Ahmad, M.; Luo, Z. X.; Li, Q. A.; Xie, J. B.; Yan, X. X.; Wu, L. H.; Wang, Z. L.; Zhu, J., Generating Electricity from Biofluid with a Nanowire-Based Biofuel Cell for Self-Powered Nanodevices. Advanced Materials 2010, 22, 5388-5392.(影响因子: 13.877)

14)   Pan, C. F.; Wu, H.; Wang, C.; Wang, B.; Zhang, L.; Cheng, Z. D.; Hu, P.; Pan, W.; Zhou, Z. Y.; Yang, X.; Zhu, J., Nanowire-based high performance "micro fuel cell": One nanowire, one fuel cell. Advanced Materials 2008, 20, 1644-1648.(影响因子: 13.877)

姓名:潘曹峰

职称:研究员

电话:010-62849535

邮箱:cfpan@binn.cas.cn

主页:http://sourcedb.binn.cas.cn/zw/zjrck/qnqr/201402/t20140224_4040230.html

更新时间:2014-03-20