孙立涛——纳米材料与纳米技术专家孙立涛——东南大学教授

科学研究：

研究方向：

1.原位、动态高分辨电子显微学；

2.纳米单体材料的力、热、电学性能表征；

3.原子分辨纳米加工与纳米操纵；

4.GPa高压下纳米单晶塑性变形机制；

5.材料显微结构与性能关系。

承担的科研项目情况：

承担和参加过国家973项目、国家自然科学基金、中科院知识创新工程重要方向性研究项目、上海纳米专项、德国国家自然科学基金、德国与芬兰、日本及墨西哥的国际合作基金等多项国家、国际项目。

研究成果：

1.他与诺贝尔化学奖得主Harold W. Kroto教授合作研究的碳纳米管形核与生长全过程的在线观察发表于国际权威杂志Nature Nanotechnology。这一研究首次从实验上以原子分辨率的水平直接在线展示了碳纳米管的详细形核与生长过程，使得碳纳米管发现以来一直处于争论中的碳纳米管形核机制问题得到了解决。这一研究报道了碳纳米管的又一新的优异性能：即碳纳米管可向包裹于其中的任何硬质材料施加高达40Gpa的压力，这使得碳纳米管成为制造未来纳米尺度高压容器及纳米挤压机等的最理想材料，为碳纳米管在未来的潜在应用开辟了又一崭新领域，尤其对纳米加工领域的未来发展有着极大的推动作用。

2.创建了GPa高压及温度可控条件下研究纳米材料弹、塑性变形的唯一新方法。

3.首次提出并通过实验证明了碳洋葱可以被用作未来纳米化学领域的化学反应容器。

4.利用粒子束技术成功实现了碳纳米管向纳米金刚石的相变，使金刚石的有效成核密度超过1011/cm2（在此之前世界上金刚石成核密度最高为1010/cm2），对制备高质量的金刚石薄膜及电子场发射等领域具有潜在的应用价值。

5.他首次在世界范围内成功合成了具有重要研究意义的单晶金刚石纳米线（直径4-8nm，长度达200nm），为一维纳米材料研究领域添加了极其重要的一员。

6.发明了实现石墨烯（单层石墨片）掺杂的新方法，首次观察到了单个金属原子在石墨烯面内运动与迁徙的过程。

发明专利：

碳纳米结构体转变为纳米金刚石的方法 巩金龙; 孙立涛; 朱志远 中国科学院上海应用物理研究所 2005- 01-05

论文专著：

发表论文：

1 单壁纳米管薄膜在THz波段的电导性质 韩家广; 朱志远; 王震遐; 余礼平; 张伟; 孙立涛; 王庭太 微纳电子技术 2003-08-25

2 利用粒子辐照技术实现碳纳米管向金刚石的转变 孙立涛; 巩金龙; 朱志远; 朱德彰; 何绥霞; 王震遐; 陈一; 胡刚 核技术 2004-08-10

3 等离子体诱导碳纳米管到纳米金刚石的相变 孙立涛; 巩金龙; 朱志远; 朱德彰; 何绥霞; 王震遐 物理学报 2004-10-12

4 碳纳米管的离子束焊接研究 王震遐; 余礼平; 张伟; 孙立涛; 韩家广; 朱志远; 何国伟; 陈一; 胡岗 原子核物理评论 2005-03-30

5 挤压铸造方式对ZA43合金力学性能的影响 于海朋; 张尚洲; 李荣德; 于宝义; 孙立涛 特种铸造及有色合金 1999-12-20

6 液态挤压工艺参数对ZA43合金组织和性能的影响 于海朋; 孙立涛; 于宝义; 张兵宪; 姚海军 热加工工艺 2002-04-15

7 ZA43合金液态挤压组织特征 于海朋; 孙立涛 ; 于宝义 热加工工艺 2002-10-15

8 挤压铸造方式对ZA43合金力学性能的影响 于海朋 ; 张尚洲; 李荣德; 于宝义; 孙立涛 特种铸造及有色合金 2002-12-30

9 热处理对挤压铸造ZA43-Mn 合金组织和性能的影响 于海朋 ; 张尚洲; 白彦华; 孙立涛; 李荣德 特种铸造及有色合金 2002- 12-30

10 关于含 3.3%Si球墨铸铁出现脆性的认识 古可成; 孙立涛; 王桂华; 安振之; 于成泳; 张哲; 由健; 赵志江 沈阳工业大学学报 2000-10-30

11 热处理对挤压铸造ZA43-Mn合金组织和性能的影响 于海朋; 张尚洲; 白彦华; 孙立涛; 李荣德 特种铸造及有色合金 2001-04-20

12 冲头式挤压铸造 ZA43合金组织和性能的研究 于海朋; 张尚洲; 李荣德; 孙立涛; 白彦华 特种铸造及有色合金 2001- 12-30

13 粒子束辐照诱导碳纳米管结构相变 孙立涛; 巩金龙; 王震遐; 朱德彰; 胡建刚; 陆荣荣; 朱志远; 2004全国荷电粒子源、粒子束学术会议论文集 2004-08-01

14 碳纳米管的离子束焊接研究 王震遐; 余礼平; 张伟; 孙立涛; 韩家广; 朱志远; 何国伟; 陈一; 胡岗; 第十二届全国核物理大会论文集（下） 2004- 10-01

15 液态挤压ZA43合金的研究 孙立涛 沈阳工业大学 2002-02-21

16 离子束作用下碳纳米管向纳米金刚石的结构相变及纳米金刚石薄膜场发射特性的研究 巩金龙; 朱德彰; 孙立涛; 曹建清; 俞国军; 倪志春 中国科学院上海应用物理研究所 2006-03-31

17 微束在团簇中的输运机制及相关效应的研究 朱志远; 巩金龙; 李文新; 陆荣荣; 曹建清; 裘惠源; 韩家广; 夏汇浩; 孙立涛; 俞国军; 王森; 李晴暖; 刘瑞丽; 吴胜伟; 李玉兰; 张伟; 姜达 中国科学院上海应用物理研究所 2006-06-14

18 离子束作用下碳纳米管的结构相变研究 巩金龙; 朱德彰; 李亚虹; 孙立涛; 俞国君; 何绥霞 中国科学院上海应用物理研究所 2007-03-30

资料更新中……

荣誉奖励：

1.他参加设计与实验研究的“轴承保持架”荣获国际压铸会议评比铜奖，并荣获中国大学生跨世纪发展基金—建昊奖学金；

2.荣获中科院院长奖学金及上海分院论文评比一等奖等多项荣誉。

资料更新中……

媒体报道：

小世界 大精彩

——东南大学特聘教授、东南大学-FEI纳皮米示范中心负责人孙立涛

提起东南大学-FEI纳皮米示范中心，业内人士都知道，这是亚太地区第一个Titan联合实验室，其配备的应用于材料科学可实现亚埃分辨的Titan透射电子显微镜是目前国内仅有的两台之一。另一台在清华大学。

“我们的主要实验过程都是在一个直径约3毫米的铜网格上完成的。通常的实验过程是，将纳米材料滴于铜网格之上，并将其置于透射电子显微镜中，然后在直接观察的条件下对所研究的纳米样品进行各种原位表征与实验。”谈起纳米实验的特点，东南大学-FEI纳皮米示范中心负责人孙立涛教授如是说。

在原子层面做实验，进行各种操作和测量，其难度可想而知。然而，就是在这微小的纳米世界里，孙立涛创造了属于他的精彩。

成长的秘密

生于上世纪70年代，孙立涛身上满是执著与热情。在青春飞扬的年代，他正是凭着这股劲头，为自己的青春书写了浓墨重彩的一笔。

1995年秋，孙立涛考取沈阳工业大学热加工工艺及设备专业。大学四年，他的优异表现，当年的同学和老师仍然历历在目，提起他都会竖起大拇指；1999年，他以专业排名第一的成绩被保送为母校材料加工工程专业的研究生，由他参加设计与实验研究的“轴承保持架”荣获国际压铸会议评比铜奖，并荣获中国大学生跨世纪发展基金—建昊奖学金；2002年，他考取中国科学院上海应用物理研究所博士研究生，开始了在纳米材料与粒子辐照加工方向的深入探索。期间，他利用粒子束技术成功实现了碳纳米管向纳米金刚石的转变，并在世界上首次制备出金刚石单晶纳米线，主要研究结果以第一作者发表于Advanced Materials、Applied Physics Letters等著名学术刊物。同时，他还荣获中科院院长奖学金及上海分院论文评比一等奖等多项荣誉。

除了在学习上表现优异，孙立涛还是学校里的“大红人”。从本科生到研究生，他都是学生会主席，在学校的各项活动中发挥着积极的作用，各种奖项被他拿了个遍。更值得一提的是，他还是学校的运动健将，足球、排球、篮球、竞走，没有一个不是他的强项，他甚至还得过学院书画类比赛的一等奖，包括辽宁人民广播电台在内的多家媒体都对他的事迹进行过报道……

2005年3月，孙立涛远赴德国，到了Institute of Physical Chemistry, University of Mainz。在做Research Fellow期间，他在纳米挤压机设计及原位纳米加工与操纵方向继续奋斗，日以继夜地付出着。当然，功夫不负有心人，他作为第一作者完成的“碳纳米管用作高压纳米挤压机”的研究成果在Science杂志上发表，相关一系列纳米材料的弹、塑性变形等研究以第一作者发表于Physical Review Letters 、Applied Physics Letters等著名杂志，他在学术界已然初露锋芒。去年3月，学成归来的孙立涛成为东南大学特聘教授，博士生导师，开始了全新的奋进历程，并一步一步留下了坚实的脚印。

问起成长的秘密，孙立涛憨厚地微笑，告诉我们：“其实，学习和其他的活动是相互促进的。我只有一个信念，就是要做的更好一点。”

奋进的身影

歌里面唱的好：“没有人能够随随便便成功。”正是有了坚持不懈的毅力和艰苦奋斗的热情，孙立涛才在科研领域做出了令人瞩目的成绩。回顾他的科研之路，我们发现：他的每一次艰辛付出都能催生一次学科的进步，或大，或小。对于一位只有刚刚30岁出头的学者，我想，这是极为难得的。

打开孙立涛科研成果概述的资料，你会看到：

他与诺贝尔化学奖得主Harold W. Kroto教授合作研究的碳纳米管形核与生长全过程的在线观察发表于国际权威杂志Nature Nanotechnology。这一研究首次从实验上以原子分辨率的水平直接在线展示了碳纳米管的详细形核与生长过程，使得碳纳米管发现以来一直处于争论中的碳纳米管形核机制问题得到了解决。在2007年国际碳纳米管会议的大会总结报告上，来自麻省理工的纳米科学研究领域著名专家Dresselhaus教授称该项研究为“碳纳米管研究领域的一个重要里程碑”。他作为第一作者完成的重要研究成果“碳纳米管用作纳米挤压机”在世界顶级科学刊物“Science”杂志上发表。这一研究报道了碳纳米管的又一新的优异性能：即碳纳米管可向包裹于其中的任何硬质材料施加高达40Gpa的压力，这使得碳纳米管成为制造未来纳米尺度高压容器及纳米挤压机等的最理想材料，为碳纳米管在未来的潜在应用开辟了又一崭新领域，尤其对纳米加工领域的未来发展有着极大的推动作用。

他创建了GPa高压及温度可控条件下研究纳米材料弹、塑性变形的唯一新方法。通过直观观察加压前后晶格间距的不同，在世界上首次清晰展示了单晶纳米金属颗粒的弹性形变。其主要研究成果发表于应用物理方面的国际权威杂志Applied Physics Letters 89, 263104 (2006) (第一作者)。他还通过进一步研究，成功实现了金单晶纳米颗粒的塑性变形全过程的观察，为研究纳米尺度下金属颗粒的变形机制与原理提供了新途径。该结果发表于国际著名杂志Physical Review Letters 101，156101 (2008)，并于当月被 Nature杂志重点评论与介绍。

他首次提出并通过实验证明了碳洋葱可以被用作未来纳米化学领域的化学反应容器。该想法的提出将使今后在原子尺度上直接观察化学反应整个过程的详细变化成为可能，从而大大节省尝试不同条件下化学反应实验的时间，尤其对于那些从事化学合成方面研究的科学家来说，不光节省了时间和精力，更成百上千倍的降低了在实验原材料和能源上的消耗。同时，对于具有庞大研发机构的大型化工企业，也将大大降低生产成本，促进化工领域的进一步发展。此项研究成果报道于Applied Physics Letters 88, 193121(2006) (第一作者)。

他利用粒子束技术成功实现了碳纳米管向纳米金刚石的相变，使金刚石的有效成核密度超过1011/cm2（在此之前世界上金刚石成核密度最高为1010/cm2），对制备高质量的金刚石薄膜及电子场发射等领域具有潜在的应用价值。此结果发表于Applied Physics Letters 1984, 2901(2004)(第一作者)，同时被收录于“Virtual Journal of Nanoscale Science & Technology”。且该项研究引起了国际科学界的重视，曾被列为2005年9月召开的粒子束材料表面改性国际会议的重要议题之一。

他首次在世界范围内成功合成了具有重要研究意义的单晶金刚石纳米线（直径4-8nm，长度达200nm），为一维纳米材料研究领域添加了极其重要的一员。该金刚石纳米线的成功制备将对未来实现纳米操纵与加工、电子器件设计与组装、平面场发射等研究领域具有极大的应用参考价值。主要结果发表于材料学权威杂志Advanced Materials 16, 1849 (2004)(第一作者)。

他发明了实现石墨烯（单层石墨片）掺杂的新方法，首次观察到了单个金属原子在石墨烯面内运动与迁徙的过程。该方法的建立使得进一步深入研究石墨烯的各种性质及新的特性成为可能，为石墨烯在掺杂方面的实验研究拉开了序幕。同时，对石墨烯这种未来最具潜力的纳米半导体材料最终走向应用及实现产业化将具有不可磨灭的贡献。该结果发表于Small 4，587-591(2008)

……

掩卷思量，我们仿佛看到了这样一幅画面：在一条通往远方的崎岖山路上，一个年轻的背影渐行渐远，身后，是两行深陷的足迹。

开放的眼光

近年来，国内纳米科学的发展非常迅速，每年发表的相关论文的数量都在成倍地增长。纳米科学已经成为比较热门的科研领域之一。

“我的感受是，这几年，国内纳米界的研究已经出现了新的变化。在我出国之前，人们的主要精力集中在纳米材料的制备上。而现在，我们会很明显地感觉到人们的视野已经从纳米材料的制备，扩展到纳米材料的性能表征与器件应用等方面。思路的扩展，充分说明了我国纳米学科的发展。”面对纳米科学的发展，孙立涛这样告诉我们。但是，他还是客观的，紧接着说：“但是，我们也应该看到，虽然相关的论文数量上提高了，但在质量上与国际先进的科研团体还存在一定的差距，比如影响因子和引用率。随着国家对科技的更多重视和科学界的共同努力，我们的未来一定会更加光明。”

为了搞科研，为了连续观察实验结果，孙立涛不知多少次连续工作十几个小时，二十几个小时。有一次，实验的关键设备—电镜在实验过程中坏掉了，而且是半夜，他找不到工作人员来修理，就一个人查找说明书，直到将近天明才把机器修好。“每个成果的背后，我都会付出很多努力。每一百次试验，如果有一次取得了令人满意的成果我就知足了。我要做的，就是坚持。只要付出了，就会有所得。我能做的，就是做好能做的一切努力。当然，结果可能会得不到，这很正常。如果努力了，也得到了想要的结果，那就是上天的馈赠。其实，很多时候，你会发现，有些经验和技巧是在亲自操作的过程中才能体会到的。”孙立涛是这么说的，也是这么做的，他的淡然态度令人动容。

“科学是没有成功与失败的，有些研究或实验没有达到预想的结果，但对科学的发展同样是有价值的，它的提示和借鉴意义不容忽视。”或许，这才是支撑孙立涛面对成功与失败的最大法宝。

从物理意义上讲，纳米的世界是小的，孙立涛的纳米实验室也是“小”的。但是，了解了他的故事之后，我们才蓦然发现，“小世界 ”，原来也有大精彩！

孙立涛 1976年出生，2005年3月在中国科学院上海应用物理研究所获博士学位，2005年3月至2008年3月于德国美茵兹大学（University of Mainz）物理化学所做Research fellow。 2008年3月加入东南大学MEMS教育部重点实验室，被聘为特聘教授、博士生导师。现为MEMS教育部重点实验室副主任，东南大学-FEI纳皮米示范中心负责人。

他长期从事纳米材料的制备、原位表征及器件应用等方面的研究工作。承担和参加过国家973项目、国家自然科学基金、中科院知识创新工程重要方向性研究项目、上海纳米专项、德国国家自然科学基金、德国与芬兰、日本及墨西哥的国际合作基金等多项国家、国际项目。近5年以第一作者发表论文在Science 1篇、Phys. Rev. Lett. 1篇、Adv. Mater. 1篇、Appl. Phys. Lett. 3篇，J. Phys. Chem. C 1篇。与诺贝尔奖得主Harold教授合作发表Nature Nanotechnology 论文1篇。多年来在国内外重要期刊、会议等共发表论文60 余篇，做国际会议大会邀请及口头报告20余次。目前主要研究方向包括：原位、动态高分辨电子显微学；纳米单体材料的力、热、电学性能表征；原子分辨纳米加工与纳米操纵；GPa高压下纳米单晶塑性变形机制；材料显微结构与性能关系等。

（出处：《科学中国人》2009年第八期）