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刘畅
性　别 男 最高学历 博士研究生
职　称 研究员 专家类别 博士生导师
部　门 沈阳材料科学国家研究中心先进炭材料研究部，副主任
通讯地址 辽宁省沈阳市沈河区文化路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 cliu@imr.ac.cn
电　话 +86-24-83978280 传　真 +86-24-23903126
简历：

教育简历：

1989.9-1993.6  武汉工业大学（现武汉理工大学）  无机非金属材料专业  工学学士

1993.9-1996.6  武汉工业大学（现武汉理工大学）  无机非金属材料专业  工学硕士，导师：闫玉华教授

1996.9-2000.6  中国科学院金属研究所  材料学专业  工学博士，导师：周本濂院士、成会明研究员

工作简历：

2000.07-2001.06  中国科学院金属研究所  助理研究员

2001.07-2005.03  中国科学院金属研究所 沈阳材料科学国家（联合）实验室先进炭材料研究部  副研究员

2005.04-现在  中国科学院金属研究所 沈阳材料科学国家（联合）实验室先进炭材料研究部  研究员

2011.06-现在  中国科学院金属研究所 沈阳材料科学国家（联合）实验室先进炭材料研究部  副主任

2004.07-2005.09  日本国立材料科学研究所 国际青年学者中心  Research Fellow

2010.04-2010.05  芬兰Aalto大学 应用物理系  高级访问学者
研究领域：

（1）碳纳米管的可控制备及生长机理

（2）碳纳米管宏观体的可控制备与应用探索

（3）碳纳米管衍生结构的可控制备及性能
承担科研项目情况：

(一)单根CNT的“基因”编辑

　　利用原位透射电子显微镜对单根碳纳米管进行原位加工、表征与测量，通过精确控制透射电镜样品杆上的压电纳米探针对碳纳米管施加焦耳热和拉伸应力，诱导局部塑性变形与手性演变。利用球差校正电镜图像和纳米束电子衍射图谱对变形前后碳纳米管的手性进行分析，在近三十次连续手性转变过程中发现碳纳米管的手性角具有向高角度转变的明显趋势。结合原位测量以碳纳米管为导电沟道的悬空晶体管的电学输运性质，实现了金属性碳纳米管向半导体性碳纳米管的可控转变。利用此方法制备出沟道长度仅为2.8 nm的金属-半导体-金属构型碳纳米管分子结晶体管（图1），并观察到其室温量子相干输运性质和法布里-珀罗（Fabry-Pérot）干涉效应。本研究为碳纳米管的手性及导电属性调控提供了新途径，显示了碳纳米管分子节晶体管的优异性能。结果发表于Science., 374, 1616, 2021。　　

　　

　　 图1 单根碳纳米管在原位透射电镜中的原位加工过程（上）和转变过程示意图（下）。

（二）碳纳米管生长的原位透射电镜研究

　　利用封闭腔体原位环境透射电子显微技术，在原子尺度上研究了近大气压下Co 催化剂生长碳纳米管的过程（图2左上），对碳纳米管成核和生长不同阶段Co催化剂纳米颗粒的结构进行了实时表征。具体为利用离子溅射的方法将金属Co沉积在反应芯片的氮化硅薄膜窗口上，通过在1023K下氧化和还原预处理获得C催化剂纳米颗粒。预处理阶段对催化剂进行实时表征发现Co3O4的还原经历FCC Co3O4→FCC CoO→FCC Co的转变过程，最终还原为单质Co。通过对催化剂纳米颗粒高分辨成像分析，建立可区分物相特定晶带轴的统计分析方法，准确认定了Co 纳米颗粒剂催化生长碳纳米管的活性相为正交晶系的Co3C，且在孕育、形核、生长阶段保持物相不变（图2右上和图2下）。这种新的生长机制解答了碳纳米管能够从固体催化剂上快速生长的长期疑问，为碳纳米管的生长机理提供新的认识。且Co3C 催化生长多壁碳纳米管的碳扩散形式为表面扩散和催化剂-碳纳米管的界面扩散。该结果深化了Co 催化生长碳纳米管的机理认识，为可控生长碳纳米管的催化剂设计制备提供了借鉴和指导。结果发表于ACS Nano., 14, 12, 2020。

　　

　　 图2 原位TEM 生长系统示意图（左上）碳纳米管形核、生长过程中Co催化剂的活性相及取向演变（右上和正下）。

（三）CNT/Bi2Te3复合衍生结构

　　以具有优异力学和电学性能的高纯度、高质量、自支撑碳纳米薄膜为骨架，利用亚纳米尺度的碳管束沟槽限制扩散和诱导有序形核以及薄膜材料的温度选择性晶面生长机理，首次制备出具有高度有序显微特征的Bi2Te3/SWCNT 复合、柔性、自支撑热电薄膜材料（图3）。该复合材料具有纳米孔隙结构，沉积的Bi2Te3纳米晶粒紧密附着于碳纳米管束表面，且具有高度（000l）面织构，Bi2Te3 晶向平行于碳纳米管束轴线，相邻Bi2Te3纳米晶粒间为小角度取向倾转晶界。结果发表于Nature Mater, 18, 63, 2019。

　　

　　 图3 Bi2Te3/SWCNT 复合热电膜的制备和结构示意图。

(四)碳焊结构CNT透明导电薄膜

　　建立了高载气流量浮动催化剂化学气相沉积法直接制备出了“碳焊”结构的单壁碳纳米管薄膜（图4），该碳焊结构可使金属性和半导体性碳纳米管间的肖特基接触转变为近欧姆接触，显著降低接触电阻，从而获得了在90%透光率下面电阻仅为25Ω/□的透明导电薄膜，比已报道性能提高2倍以上，已优于柔性基底上的ITO。利用这种高性能薄膜构建了柔性有机发光二极管（OLED）原型器件，电流效率较目前碳纳米管OLED提升了7.5倍，且优于柔性基底上ITO OLED的最佳报道性能。采用碳纳米管薄膜作为沟道材料，开展了主动阵列式OLED显示器件的研究，实现了16×16 像素的OLED 点亮发光。结果发表于Science Adv., 4, eaap9264, 2018。

　　

　　图4 浮动催化剂化化学气相沉积法制备的“碳焊”结构的碳纳米管薄膜的光学照片（左上），透射电镜照片（右上），扫描电镜照片（左下）和原子力显微镜照片（右下）。
社会任职：

（1）Carbon 副主编

（2）Nano Materials Science 副主编

（3）《新型炭材料》编委

（4）《科学通报》（中）编委

（5）《功能材料》编委

 
获奖及荣誉：

(1) 辽宁省“兴辽英才计划”科技创新领军人才(2021)

(2) 第十三届沈阳市优秀科技工作者(2018)

(3) 国家自然科学基金杰出青年基金获得者(2017)

(4) 辽宁省“百千万人才工程”千人层次人选（2011）

(5) 中国百篇最具影响国际学术论文（2010）

(6) 九三学社辽宁省十大中青年科技人才（2009）

(7) 国家自然科学二等奖（排名第三，2006

(8) 辽宁省科学技术一等奖（自然科学）（排名第二，2003）

(9) 全国百篇优秀博士学位论文奖（2002）

(10) 中国科学院院长特别奖（2000）
代表论著：

(1)Hou, P. X.#; Zhang, F. #; Zhang, L. L.; Liu, C.*; Cheng, H. M.*, Synthesis of Carbon Nanotubes by Floating Catalyst Chemical Vapor Deposition and Their Applications. Adv. Funct. Mater. 2022, 32, (11), 20.

(2)Li, X. #; Zhang, F. #; Zhang, L. L.; Ji, Z. H.; Zhao, Y. M.; Xu, Z. W.*; Wang, Y.; Hou, P. X.*; Tian, M.; Zhao, H. B.; Jiang, S.; Ping, L. Q.; Cheng, H. M.; Liu, C.*, Kinetics-Controlled Growth of Metallic Single-Wall Carbon Nanotubes from CoRex Nanoparticles. ACS Nano 2022, 16, (1), 232-240.

(3)Tang, D. M.*; Erohin, S. V.; Kvashnin, D. G.; Demin, V. A.; Cretu, O.; Jiang, S.; Zhang, L. L.; Hou, P. X.; Chen, G. H.; Futaba, D. N.; Zheng, Y. J.; Xiang, R.; Zhou, X.; Hsia, F. C.; Kawamoto, N.; Mitome, M.; Nemoto, Y.; Uesugi, F.; Takeguchi, M.; Maruyama, S.; Cheng, H. M.; Bando, Y.; Liu, C.*; Sorokin, P. B.*; Golberg, D.*, Semiconductor Nanochannels in Metallic Carbon Nanotubes by Thermomechanical Chirality Alteration. Science 2021, 374, (6575), 1616-1620.

(4)Wang, Y. #; Qiu, L. #; Zhang, L. L.*; Tang, D. M.*; Ma, R. X.; Wang, Y. Z.; Zhang, B. S.; Ding, F.*; Liu, C.*; Cheng, H. M., Precise Identification of the Active Phase of Cobalt Catalyst for Carbon Nanotube Growth by In Situ Transmission Electron Microscopy. ACS Nano 2020, 14, (12), 16823-16831.

(5)Jin, Q.#; Jiang, S.#; Zhao, Y.; Wang, D.; Qiu, J. H.; Tang, D. M.; Tan, J.; Sun, D. M.; Hou, P. X.; Chen, X. Q.; Tai, K. P.*; Gao, N.*; Liu, C.*; Cheng, H. M.; Jiang, X., Flexible Layer-Structured Bi2Te3 Thermoelectric on a Carbon Nanotube Scaffold. Nat. Mater. 2019, 18, (1), 62-68.

(6)Cheng, Y.#; Zhao, S. Y.#; Li, H. B.; He, S.; Veder, J. P.; Johannessen, B.; Xiao, J. P.; Lu, S. F.; Pan, J.; Chisholm, M. F.; Yang, S. Z.; Liu, C.*; Chen, J. G.; Jiang, S. P.*, Unsaturated Edge-Anchored Ni Single Atoms on Porous Microwave Exfoliated Graphene Oxide for Electrochemical CO2. Appl. Catal. B-Enviro. 2019, 243, 294-303.

(7)Majeed, A.; Hou, P. X.*; Zhang, F.; Tabassum, H.; Li, X.; Li, G. X.; Liu, C.*; Cheng, H. M., A Freestanding Single-Wall Carbon Nanotube Film Decorated with N-Doped Carbon-Encapsulated Ni Nanoparticles as a Bifunctional Electrocatalyst for Overall Water Splitting. Adv. Sci. 2019, 6, (12), 8.

(8)Hu, X. G.; Hou, P. X.*; Liu, C.*; Zhang, F.; Liu, G.; Cheng, H. M., Small-Bundle Single-Wall Carbon Nanotubes for High-Efficiency Silicon Heterojunction Solar Cells. Nano Energy 2018, 50, 521-527.

(9)Jiang, S.#; Hou, P. X.#; Chen, M. L.; Wang, B. W.; Sun, D. M.; Tang, D. M.; Jin, Q.; Guo, Q. X.; Zhang, D. D.; Du, J. H.; Tai, K. P.; Tan, J.; Kauppinen, E. I.; Liu, C.*; Cheng, H. M., Ultrahigh-Performance Transparent Conductive Films of Carbon-Welded Isolated Single-Wall Carbon Nanotubes. Sci. Adv. 2018, 4, (5), 10.

(10)Wang, B. W.#; Jiang, S.#; Zhu, Q. B.; Sun, Y.; Luan, J.; Hou, P. X.; Qiu, S.; Li, Q. W.; Liu, C.*; Sun, D. M.*; Cheng, H. M.*, Continuous Fabrication of Meter-Scale Single-Wall Carbon Nanotube Films and their Use in Flexible and Transparent Integrated Circuits. Adv. Mater. 2018, 30, (32), 8.

(11)Zhang, L. L.; Sun, D. M.; Hou, P. X.; Liu, C.*; Liu, T. Y.; Wen, J. F.; Tang, N. J.; Luan, J.; Shi, C.; Li, J. C.; Cong, H. T.; Cheng, H. M.*, Selective Growth of Metal-Free Metallic and Semiconducting Single-Wall Carbon Nanotubes. Adv. Mater. 2017, 29, (32), 9.

(12)Yu, W. J.; Liu, C.*; Zhang, L. L.; Hou, P. X.; Li, F.; Zhang, B.*; Cheng, H. M., Synthesis and Electrochemical Lithium Storage Behavior of Carbon Nanotubes Filled with Iron Sulfide Nanoparticles. Adv. Sci. 2016, 3, (10), 8.

(13)Li, J. C.#; Hou, P. X.#; Zhao, S. Y.; Liu, C.*; Tang, D. M.; Cheng, M.; Zhang, F.; Cheng, H. M., A 3D Bi-Functional Porous N-doped Carbon Microtube Sponge Electrocatalyst for Oxygen Reduction and Oxygen Evolution Reactions. Energy Environ. Sci. 2016, 9, (10), 3079-3084.

(14)Zhang, F. #; Hou, P. X. #; Liu, C.*; Wang, B. W.; Jiang, H.; Chen, M. L.; Sun, D. M.; Li, J. C.; Cong, H. T.; Kauppinen, E. I.; Cheng, H. M.*, Growth of Semiconducting Single-Wall Carbon Nanotubes with a Narrow Band-Gap Distribution. Nat. Commun. 2016, 7, 8.

(15)Liu, C.*; Cheng, H. M.*, Controlled Growth of Semiconducting and Metallic Single-Wall Carbon Nanotubes. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, (21), 6690-6698.

学术活动（近期国际国内会议报告及任职等）

 (1) 刘畅; 碳纳米管薄膜/纤维及其复合结构的制备与性能研究, 第十五届全国新型炭材料学术研讨会, 深圳,2021-10-14至2021-10-17.

(2) 刘畅; Assembly of single-wall carbon nanotube films and their hybrid, The 10th A3 Symposium of Emerging Materials: Nanomaterials for Energy and Electronics, Sungkyunkwan University, Korea, 2019-10-26至2019-10-30.

(3) 刘畅; 单壁碳纳米管薄膜的制备与性能研究, 2019中国化工学会年会, 山东青岛, 2019-10-17至2019-10-20.

(4) 刘畅; High-quality single-wall carbon nanotube films and their hybrid, The 8th International Conference on Nanoscience & Technology (ChinaNANO 2019), Beijing, China, 2019-8-17至2019-8-19.

(5) 刘畅; Single-wall carbon nanotube films and their hybrids for energy applications, InternationalConference on the Science and Application of Nanotubes and Low-Dimensional Materials (NT19), Wurzburg, Germany,2019-7-21至2019-7-26.

(6) 刘畅; High-quality single-wall carbon nanotube films prepared by floating catalyst CVD, 9th A3 Symposium on Emerging Materials, Kyoto, Japan, 2018-8-29至2018-8-31.

(7) 刘畅; 单壁碳纳米管薄膜的制备及性能研究, 中国化学会第31届学术年会, 杭州, 2018-5-5至2018-5-8.

(8) 刘畅; Carbon nanotube-based electrocatalyst for oxygen reduction reaction, International Symposium on Nanocarbon Materials, Helsinki, Finland, 2017-8-30至2017-9-2.

(9) 刘畅; Controlled synthesis of single-wall carbon nanotubes, The 3rd International Symposium on Advanced Inorganic Materials, Tsukuba, Japan, 2017-8-2至2017-8-5.

(10) 刘畅; Selective growth of semiconducting and metallic single-wall carbon nanotubes by catalyst design, The 8th Workshop on Nucleation and Growth Mechanisms of Atomically-Thin Nanomaterials: From SWCNTs to 2D Crystals, Bandera, USA, 2017-4-21至2017-4-26.

(11) 刘畅; Controlled synthesis of semiconducting and metallic single-wall carbon nanotube film, The 4th World Congress and Expo on Nanotechnology & Materials Science, Barcelona, Spain, 2017-4-5至2017-4-7.

近期获得专利：

(1) 侯鹏翔; 蒋松; 刘畅; 成会明; 炭素溶接構造の単層カ一ボンナノチュ一ブフレキシブル透明導電性フィルムの調製方法（授权日：2021.3.1），2017-6-6至2037-6-6, 日本，特許第6845259号

(2) 刘畅; 石超; 侯鹏翔; 成会明;一种单壁碳纳米管的浮动催化剂化学气相沉积方法（授权日：2022.2.18），2018-11-29至2038-11-29, 中国，ZL201811447415.8

(3) 刘畅; 赵石永; 程义; 成会明; 一种金属单原子掺杂碳纳米管的制备方法（授权日：2022.2.18），2017-11-8至2037-11-8, 中国，ZL201711091129.8

(4) 侯鹏翔; 刘畅; 成会明; 石超; 孙东明; 吴安萍; 浮动催化剂化学气相沉积法制备多壁碳纳米管膜的装置（授权日：2021.10.22），2021-1-26至2031-1-26, 中国，ZL202120212810.9

(5) 刘畅; 平林泉; 侯鹏翔; 成会明; 一种碳纳米管垂直阵列的干式接触转移方法（授权日：2021.9.24），2017-3-22至2037-3-22, 中国，ZL201710174031.2

(6) 刘畅; 李国显; 侯鹏翔; 成会明; 一种制备单壁碳纳米管纤维及其复合纤维的方法（授权日：2021.3.26），2018-11-29至2038-11-29, 中国，ZL201811445746.8

(7) 孙陨; 孙东明; 汪炳伟; 刘畅; 侯鹏翔; 成会明;以光刻胶为栅绝缘层的碳纳米管薄膜晶体管及制作和应用（授权日：2021.3.26），2017-4-19至2037-4-19, 中国，ZL201710255801.6

(8) 刘畅; 胡显刚; 侯鹏翔; 成会明; 一种无损转移碳纳米管薄膜制备异质结太阳能电池的方法(授权日：2021.1.8)，2018-2-13至2038-2-13, 中国，ZL201810149487.8

(9) 侯鹏翔; 石超; 刘畅; 成会明; 一种快速选择性填充纳米粒子至碳纳米管管腔内的方法（授权日：2020.11.13），2017-11-15至2037-11-15, 中国，ZL201711130179.2

(10) 刘畅; 李鑫; 张峰; 侯鹏翔; 张莉莉; 成会明; 一种通过基底设计可控生长金属性单壁碳纳米管的方法，（授权日：2022.8.9），2020-11-29至2040-11-29, 中国ZL202011365818.5

(11) 刘畅; 李鑫; 张峰; 侯鹏翔; 成会明; 一种窄直径分布、高纯度金属性单壁碳纳米管的制备方法，（授权日：2022.5.27），2020-5-27至2040-5-27, 中国，ZL202010709224.5

　　以“一种改性的锂离子电池负极材料、负极及电池”专利技术（成会明，刘畅，张勇，张绪刚，李峰，王作明，ZL200410021395.X）入股组建深圳市金润能源材料有限公司，开展碳纳米管复合电极材料的产业化，推进其在锂离子电池中的实际应用。2011年该公司实现销售2384万元，净利润340万元。
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