中国科学院金属研究所杜金红

dasaochu

杜金红
性　别        女        最高学历        博士研究生
职　称        研究员        专家类别        硕士生导师
部　门        沈阳材料科学国家（联合）实验室 先进炭材料研究部
通讯地址        辽宁省沈阳市沈可区文化路72号，中国科学院金属研究所，先进炭材料研究部
邮政编码        110016        电子邮件        jhdu@imr.ac.cn
电　话        +86-24-83970720        传　真        +86-24-23891320
简历：
　　2012.2-2013.2　　澳大利亚昆士兰大学有机光电子中心　　　访问学者
　　2012.9--　　　　 金属所国家实验室，先进炭材料研究部　　项目研究员
　　2007.9-2012.9　　金属所国家实验室，先进炭材料研究部　　副研
　　2003.11　　　　　法国国家科研中心材料实验室　　　　　　访问学者
　　2003.4-2007.9　　金属所国家实验室，先进炭材料研究部　　助研
　　　　　　　　　　 沈阳界面材料研究中心办公室
　　1999.3-2003.2　　金属所，材料学专业　　　　　　　　　　博士生
　　1996.9-1999.3　　东北大学，冶金与物理化学专业　　　　　硕士生
　　1992.9-1996.7　　东北大学，冶金与物理化学专业　　　　　本科生
研究领域：
　　碳纳米管和石墨烯基薄膜材料的制备及其在柔性电子器件等领域的应用研究；
　　碳纳米管和石墨烯复合材料的制备与应用研究。
承担科研项目情况：
　　碳管透明导电薄膜制备与应用研究：提出了一种超强酸溶胀预分散－碳质副产物选择性功能化自发分散方法，在无添加剂、且可保持单壁碳纳米管结构完整性的前提下,实现了单壁碳纳米管在水和常用极性有机溶剂中的自发分散 (图1)。采用上述自发分散方法，利用无添加剂、高结构完整性的单壁碳纳米管分散液，制备出透明导电性优异（透光率为82%和90%时表面电阻分别为76和133 Ω.sq-1）的单壁碳纳米管薄膜，已达商用透明导电薄膜的要求。同时，设计组装了自动喷涂设备，制备出具有优异柔韧性的大尺寸透明导电薄膜（图2）。此外，在研究发现碳纳米管在常压下可被臭氧官能化并刻蚀的基础上，建立了光刻─臭氧刻蚀图形化碳纳米管薄膜的方法，获得了具有不同图形的碳纳米管薄膜（图3）。该方法快捷方便，三分钟内即可在常压下实现碳管薄膜的图形化，克服了等离子体刻蚀带来的高成本、相对耗时的缺点。同时将该方法用于石墨烯透明导电薄膜的图形化研究，不仅获得了高精度的石墨烯薄膜图形，还能调控石墨烯薄膜的电学性能，使其可在不同器件中获得应用。
　　石墨烯薄膜的应用基础与关键技术研究：建立了高效、低成本、大面积制备石墨烯薄膜的氢卤酸还原方法，通过简单的浸泡即实现了氧化石墨烯（GO）薄膜在较低的温度下（≤100°C）的快速、高效还原，所得石墨烯薄膜的碳氧比可达12以上，体积电导率可以达到3×104 S/m，明显优于已有化学还原方法的效果。更重要的是，还原处理在去除薄膜层间含氧官能团的同时，反应产物以液相的形式从薄膜内部析出，产生的毛细作用力使薄膜厚度明显减小、结构更加致密，提高了石墨烯片层之间的结合力，因此还原后得到的石墨烯薄膜在导电性、力学强度和柔韧性等方面都有了显著的提高（图4），解决了已有还原方法破坏薄膜结构的瓶颈问题。在此基础上，提出了“弱氧化—强剥离—后分离”的思路配制出具有良好印刷适性的石墨烯基墨水。建立了喷墨打印－氢碘酸还原的方法制备出大面积、图形化的石墨烯薄膜（图5a-c）。打印所得的柔性电路在高频下具有极低的阻抗值，有望代替传统复杂的蚀刻工艺和昂贵的贵金属粒子墨水用于印制无线射频识别标签及柔性电路板等。此外，利用该方法，成功实现了柔性全碳晶体管的打印制备，所得晶体管开关比达到了104，迁移率为1~2 cm2 v-1 s-1（图5d-e），有望在柔性传感器、柔性显示等器件中获得广泛应用。
　　碳纳米管和石墨烯复合材料的研究与开发：利用碳纳米管高导电性、大长径比及其易形成导电网络的特点，采用干混预分散与熔融共混相结合的技术制备了具有显著的电阻正温度系数（PTC）效应、室温电阻低、循环稳定性好的碳纳米管/高密度聚乙烯（HDPE）PTC复合热敏元件（图6），有望在温度传感器、自控温加热器和过电流保护器等领域中获得广泛应用。此外，为了降低石墨烯的添加量、节约成本，开发了乙醇辅助分散结合热压方法，制备出具有偏析网络结构的石墨烯/HDPE复合材料，显著提高了石墨烯的利用率，同时探讨并比较了其与碳纳米管导电复合材料在实际应用中所面临的挑战（图7）。鉴于在碳纳米管和石墨烯复合材料应用方面的研究工作，应邀撰写了两篇综述论文“The present status and key problems of carbon nanotube based polymer composites”和“The fabrication, properties, and uses of graphene/polymer composites”，分别发表在eXPRESS Polym. Lett. 2007, 1(5): 253–273和Macromol. Chem. Phys. 2012, 213: 1060–1077。
代表论著：
　　（1） Y. Su, S.F. Pei, J.H. Du, W.B. Liu, C. Liu, H.M. Cheng*, Patterning flexible single–walled carbon nanotube thin films by an ozone gas exposure method, Carbon 2012 (Accepted).
　　（2） J.H. Du, H.M. Cheng, The fabrication, properties, and uses of graphene/polymer composites, Macromol. Chem. Phys. 2012, 213 (10-11):1060–1077 (Invited review).
　　（3） Y. Zeng, L. Zhao, W. Wu, G. Lu, F. Xu, Y. Tong, W.B. Liu, J.H. Du, Enhanced adsorption of malachite green onto carbon nanotube/polyaniline composites, J. Appl. Polym. Sci. 2012, DOI: 10.1002/app.37947.
　　（4） Y. Su†, J.H. Du†, S.F. Pei, C. Liu, H.M. Cheng*, Contamination–free and damage–free patterning of single–walled carbon nanotube transparent conductive films on flexible substrates, Nanoscale 2011, 3: 4571–4574.
　　（5） Z. Weng, Y. Su, D.W. Wang, F. Li, J.H. Du, H.M. Cheng, Graphene–cellulose paper flexible supercapacitors, Adv. Energy Mater. 2011, 1:917–922.
　　（6） J.H. Du*, L. Zhao, Y. Zeng, L.L. Zhang, F. Li, P.F. Liu, C. Liu, Comparison of electrical properties between multi-walled carbon nanotube and graphene nanosheet/high density polyethylene composites with a segregated network structure, Carbon 2011, 49: 1094–1100.
　　（7） W.B. Liu, S.F. Pei, J.H. Du*, B.L. Liu, L.B. Gao, Y. Su, C. Liu, H.M. Cheng*, Additive-free dispersion of single-walled carbon nanotubes and its application for transparent conductive films, Adv. Funct. Mater. 2011, 21: 2330–2337.
　　（8） S.F. Pei, J.P. Zhao, J.H. Du*, W.C. Ren, H.M. Cheng*, Direct reduction of graphene oxide films into highly conductive and flexible graphene films by hydrohalic acids, Carbon 2010, 48: 4466–4474.
　　（9） Y. Zeng, P.F. Liu, J.H. Du, L. Zhao, P.M. Ajayan, H.M. Cheng, Increasing the electrical conductivity of carbon nanotube/polymer composites by using weak nanotube–polymer interactions, Carbon 2010, 48: 3551–3558.
　　（10）S.F. Pei, J.H. Du*, Y. Zeng, C. Liu and H.M. Cheng*, The fabrication of a carbon nanotube transparent conductive film by electrophoretic deposition and hot–pressing transfer, Nanotechnology 2009, 20: 235707.
　　（11）J.B. Cheng, J.H. Du, S. Bai, Growth and mechanism of carbon microcoil with changing fiber cross–section shape, New Carbon Materials 2009, 24(4): 354–358. (《新型炭材料》09年度青年优秀论文)
　　（12）X.G. Chen, G.H. He, J.H. Du, S.F. Pei, J.D. Guo, Investigation on the thermal conductivity of HDPE/MWCNT composites by laser pulse method, Sci. China, Ser. E 2009, 52: 2767–2772.
　　（13）D.M. Tang, C. Liu, F. Li, W.C. Ren, J.H. Du, X.L. Ma, H.M. Cheng, Structural evolution of carbon microcoils induced by a direct current, Carbon 2009, 47: 670–674.
　　（14）X.B. Feng, G.X. Liao, W. He, Q.M. Sun, X.G. Jian, J.H. Du, Preparation and characterization of functionalized carbon nanotubes/poly(phthalazinone ether sulfone ketone)s composites, Polym. Compos. 2009, 4: 365–373.
　　（15）X.B. Feng, G.X. Liao, J.H. Du, L.M. Dong, K.J. Jin, X.G. Jian, Electrical conductivity and microwave absorbing properties of nickel-coated multiwalled carbon nanotubes/poly(phthalazinone ether sulfone ketone)s composites, Polym. Eng. Sci. 2008, 48: 1007–1014.
　　（16）曾尤, 赵龙, 刘鹏飞, 杜金红, 刘畅, 基于弱相互作用的石墨化CNT/PMMA复合材料的输运性能，高等学校化学学报 2010, 31(6): 1263–1267.
　　（17）孙雪, 方海涛, 余慧龙, 储一, 张宝友, 杜金红, 王大伟, 李峰，二氧化锡包覆多壁碳纳米管的室温氢敏性能, 新型炭材料 2010, 25(3): 218–224.
　　（18）张坤, 杜金红*, 草酸掺杂磺化聚苯胺/多壁碳纳米管复合材料的制备与性能, 炭素技术 2010, 29: 10–14.
近期国际国内会议报告及任职：
　　（1）J.H. Du, Electrical properties of carbon nanotube reinforced composites, The Third Sino-Russian, CIS Symposium on Composite Materials, June 17, 2011, Haerbin, China.
　　（2）J.H. Du, CNT & Graphene/polymer composites and transparent conductive films, International Conference Stuttgart Nanodays, Sep. 14-15, 2009, Stuttgart, Germany.
近期获得专利：
　　(1) 英哲，白朔，杜金红，李峰，成会明，一种红外电热片发热体及制备方法，专利号：ZL 200610135101.5，授权日：2009年7月22日。
　　(2) 成会明，裴嵩峰，杜金红，曾尤，柔性碳纳米管透明导电膜的制备方法和电沉积装置，专利号：ZL 200810012902.1，授权日：2011年2月24日。