研究重点1. 高温材料的合成与加工

(Chengwei Wang, et al, Science, 368, 6490, 2020. Front Main Cover)

陶瓷是一类被广泛应用的重要材料，具备极高的机械性能、化学稳定性且耐高温。

机器学习计算预测是加速材料发现、开发改进的陶瓷的宝贵工具通过实验来确认这种预测的材料特性是很后续的关键步骤。然而，由于在传统的陶瓷烧结技术中，我们常常因为加工时间长，加工过程中挥发性元素损失等其他原因，制备组分的成分控制不佳，进而影响材料筛选率受到限制。

为了克服这些限制，我们开发了一种超快速高温烧结（UHS）工艺，在惰性气氛下通过高温辐射加热来烧结陶瓷材料。我们提供了几个UHS工艺的例子来证明其潜在的效用和应用，包括在固态电解质、多组分结构和高通量材料筛选方面的进展。

研究重点2. 高性能、安全的存储设备

(Chengwei Wang, et al, Chemical Reviews, 120, 10, 2020. Front Main Cover)

固态蓄电池具有高能量密度、较宽的温度耐受性和较少的安全隐患等优点，被认为是取代以有机液体电解质为主的锂离子蓄电池的有希望的储能技术。

固态电解质作为固态电池中最关键的组分，在很大程度上引领了未来电池的发展。

在不同类型的固体电解质中，石榴石型 Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)固体电解质具有特别高的离子电导率(10^-3 ~ 10^-4S/cm)和良好的化学稳定性，这为固体锂金属电池的发展提供了良好的机会。自从2007年石榴石型 LLZO 被发现以来，人们对石榴石型固体电解质和全固态电池的发展兴趣日益浓厚。石榴石型电解质在能量密度、电化学稳定性、高温稳定性和安全性等方面具有潜在的优势，被认为是电池用最有前途和最重要的固态电解质之一。

在这篇综述中，我们将调查研究石榴石型 LLZO 电解质的最新发展，同时讨论在此过程中的实验研究和理论结果：LLZO 电解质合成策略和修改，石榴石固体电解质、电极的稳定性，新型纳米结构设计，电解质降解机制和缓解，以及电池结构和集成等等。

我们还将提供石榴石型 LLZO 电解质及其在各种固态电池概念(如锂离子、锂硫化物和锂空气)中的应用目标导向性的研究概述，并展示相关机会和应用前景，作为对未来固体电解质和固态电池发展的指导。

研究重点3. 能源、水和生物医学用新型纳米导体和器件

(Chengwei Wang, et al, Nature Communications, 8, 15609, 2017.)

	用于海水淡化的复合纳米流体离子导体和纳米流体膜 一维或者二维耦合效应可以进一步改善纳米流体复合材料的离子输运你能力及其力学和电化学性能，从而为各种纳米离子应用提供新的材料设计；可以借此开发一种性能接近商用膜的廉价离子交换膜。
	生物医学用离子器件 开发了一种“电子电池”，这是一种反向电池结构，离子通过外部电路与生物系统相互作用，而电子则在内部传输；由于离子电流可以通过电化学反应来精确调节，“电子电池”可以作为离子发生器，选择性地、准确地控制离子的释放；可以促进“电子电池”在药物释放和人工肌肉等离子泵中的应用。
	为机器人和传感器应用开发高性能的人造肌肉和执行器 “电子电池”的离子泵效应可以精确地控制离子体系中的离子浓度。利用对离子敏感的水凝胶作为离子系统，开发一种可以通过电化学驱动和控制的3D 人造肌肉；探索三维电化学人工肌肉设计概念与研究。