刘欢副教授近期研究进展
刘欢，女，副教授，现年33岁，研究领域为光电与电子信息材料及元器件。自2001年起主要从事新型高性能光电、气敏、热敏及磁电等功能器件的研究，2009年11月至2011年12月间受国家留学基金委资助，在多伦多大学（University of Toronto）从事博士后研究。作为项目负责人，主持国家自然科学基金青年项目1项、教育部博士点基金新教师课题1项、湖北省自然科学基金1项及横向合作课题等共6项；作为研究骨干，已完成国家自然科学基金3项、国家863 计划课题3项、发改委产业化项目1项及多项省部级科技项目等共13项。目前已公开发表学术论文45篇，包括《Advanced Materials》、《Nano Letters》、《Applied Physics Letters》、《ACS Nano》、《Nature Photonics》和《Nature Materials》等权威期刊，SCI他引150余次；申请国家发明专利21项，其中已授权10项、4项已实施转让，以第一发明人申请国际专利1项、第二发明人申请国际专利1项；完成湖北省科技成果鉴定1项、获湖北省技术发明奖一等奖和武汉市科技进步奖二等奖各1项。
近五年取得的主要创新性研究成果和进展包括：
1. 多途径提高了胶态量子点薄膜太阳能电池光电转换效率。尝试将能带工程运用到胶态量子点薄膜电池研究，利用掺杂技术成功地改善了二氧化钛薄膜与硫化铅量子点薄膜之间的能级匹配，得以大幅度提高其光生载流子注入和收集效率，使界表面缺陷态引起的载流子复合损耗大幅度降低，独立设计制作出光电转换效率达5.5%的PbS量子点/TiO2纳米薄膜异质结型量子点薄膜光伏电池，为当时国际最高水平。还负责设计并独立制备出首个基于n型PbS量子点的高效薄膜太阳能电池，不仅拓展了量子点电池结构的设计思路，同时发展出调控胶态量子点薄膜导电特性的有效方法，材料迁移率高且载流子浓度可调，可应用于各类新型量子点光电与电子器件的设计与制作；同时合作发展出原子级无机配体钝化技术并实现首个胶态量子点多结叠层电池。
2．在纳米晶氧化锡半导体气体传感器关键制备技术和理论研究方面获得突破。独立设计并制备出对硫化氢气体具有独特敏感特性的纳米传感器，大幅度降低了工作温度，对50ppm以下的低浓度硫化氢具有良好的动态响应，敏感温度可低至室温，气体浓度下限低至2ppm，选择性良好；尝试综合运用半导体物理和缺陷化学理论建立合适的导电模型，从理论角度对实验观测到的灵敏度与气体浓度之间的幂函数关系作出了合理的定量诠释。目前正探索在此基础上发展一类以纳米晶氧化锡为基材的异质结阵列型气体传感器，进一步提高传感器灵敏度的同时，重点改善了室温下的响应-恢复特性。该研究得到国家自然科学基金青年项了目及教育部博士点基金首届新教师课题的立项资助。
3．作为研究骨干，完成了“十一五”863目标导向课题“片式热敏材料及热敏电阻元件制备技术”，于2012年7月23日通过科技部组织的专家验收。发明了环境友好的水基轧膜片式成型及内电极共烧技术，研制出高性能超微粉体浆料和抗氧化*金属欧姆电极浆料，同时针对材料多晶多相特点及半导化原理，从纳米粉体材料出发采用高施主掺杂、优化钙钛矿结构A/B位离子比例及二次烧成等方式将瓷体粒径控制在1～1.6微米，电阻率低至50?•cm以下，制作出满足实用化技术指标的片式热敏电子元件。
4．立足学科前沿，积极探索多种基于纳米薄膜异质结构的新效应和新功能器件。在国家自然科学基金和湖北省自然科学基金的支持下，研究制备出结构致密均匀、磁电耦合性能优良的钛酸钡基多铁性纳米复合薄膜。采用电泳沉积方法制备了2-2型钛酸钡/铁酸钴双层紧密耦合结构，通过抑制相扩散与相反应有效降低了漏电流，表现出良好的铁电性和铁磁性，在快速存储单元、电场控制的铁磁共振器件和具有磁场调制压电特性的传感器方面均有良好的应用前景。
代表论文：
1) Huan Liu, David Zhitomirsky, Sjoerd Hoogland, Jiang Tang, Illan J. Kramer, Zhijun Ning, and Edward H. Sargent. Systematic optimization of quantum junction colloidal quantum dot solar cells. Applied Physics Letters, 101, 151112 (2012).
2) Jiang Tang, Huan Liu, David Zhitomirsky, Sjoerd Hoogland, Xihua Wang, Melissa Furukawa, Larissa Levina, and Edward H. Sargent. Quantum junction solar cells. Nano Letters 12, 4889–4894 (2012).
3) Kwang S. Jeong, Jiang Tang, Huan Liu, Jihye Kim, Andrew W. Schaefer, Kyle Kemp, Larissa Levina, Xihua Wang, Sjoerd Hoogland, Ratan Debnath, Lukasz Brzozowski, Edward H. Sargent, and John B. Asbury. Enhanced mobility-lifetime products in PbS colloidal quantum dot photovoltaics. ACS nano 6, 89-99 (2012).
4) David Zhitomirsky, Melissa Furukawa, Jiang Tang, Philipp Stadler, Sjoerd Hoogland, Oleksandr Voznyy, Huan Liu, and Edward H. Sargent. N-type colloidal quantum dot solids for Photovoltaics. Advanced Materials DOI: 10.1002/adma.201202825 (2012).
5) Huan Liu, Jiang Tang, Illan. J. Kramer, Ratan Debnath, Ghada I. Koleilat, Xihua Wang, Armin Fisher, Rui Li, Lukasz Brzozowski, Larissa Levina, and Edward. H. Sargent. Electron acceptor materials engineering in colloidal quantum dot solar cells. Advanced Materials 23, 3832-3837 (2011).
6) Huan Liu, Shuxi Wu, Shuping Gong, Jun Zhao, Jianqiao Liu, and Dongxiang Zhou. Nanocrystalline In2O3–SnO2 thick films for low-temperature hydrogen sulfide detection. Ceramics International 37, 1889-1894 (2011).
7) Xihua Wang, Ghada I. Koleilat, Jiang Tang, Huan Liu, Illan J. Kramer, Ratan Debnath, Lukasz Brzozowski, D. Aaron R. Barkhouse, Larissa Levina, Sjoerd Hoogland, and Edward H. Sargent. Tandem colloidal quantum dot solar cells employing a graded recombination layer. Nature Photonics 5, 480-484 (2011).
8) Jiang Tang, Kyle W. Kemp, Sjoerd Hoogland, Kwang S. Jeong, Huan Liu, Larissa Levina, Melissa Furukawa, XihuaWang, Ratan Debnath, Dongkyu Cha, Kang Wei Chou, Armin Fischer, Aram Amassian, John B. Asbury and Edward H. Sargent. Colloidal-quantum-dot photovoltaics using atomic-ligand passivation. Nature Materials 10, 765-771 (2011).
9) Huan Liu, Shuping Gong, Yunxiang Hu, Jun Zhao, Jianqiao Liu, Zhiping Zheng, and Dongxiang Zhou. Tin oxide nanoparticles synthesized by gel combustion and their potential for gas detection. Ceramics International 35, 961-966 (2009).
10) Huan Liu, Shuping Gong, Yunxiang Hu, Jianqiao Liu, and Dongxiang Zhou. Properties and mechanism study of SnO2 nanocrystals for H2S thick-film sensors. Sensors and Actuators B-Chemical 140, 190-195 (2009).
