李渊

同专业博导 同专业硕导
个人信息Personal information

教授博士生导师 硕士生导师
性别：男
在职信息：在职
所在单位：材料科学与工程学院
学历：研究生(博士)毕业
学位：哲学博士学位
毕业院校：美国阿拉巴马大学
学科：材料物理与化学
曾获荣誉：
2019湖北省楚天学子
2019国家海外高层次青年人才


其他联系方式Other contact

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个人简介Personal profile

李渊，材料学博士。华中科技大学材料科学与工程学院教授，博士生导师。国家海外高层次人才青年项目入选者，湖北省楚天学子。2009年和2011年在中南大学获得学士和硕士学位，2015年获得美国阿拉巴马大学博士学位，后在美国西北大学开展博士后研究。主要从事二维无机光电功能材料和微纳半导体集成器件方面的研究工作，在材料领域国际学术期刊发表学术论文 60 余篇，申请中国/国际/美国专利多项。担任 Nano Energy, J. Mater. Chem....
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教育经历Education experience

2011.8 ~ 2015.5  美国阿拉巴马大学  -  材料科学  -  博士学位  -  博士研究生毕业 
2005.6 ~ 2009.6  中南大学  -  冶金工程  -  学士学位  -  本科(学士) 
2009.9 ~ 2011.6  中南大学  -  材料科学  -  工学硕士学位  -  研究生(硕士)毕业 

工作经历Work experience

2019.9-至今 华中科技大学 -材料科学与工程学院-教授
2018.11-2019.8 西北工业大学 -材料学院-教授
2015.6-2018.11 美国西北大学 -材料科学与工程系-博士后


社会兼职Social affiliations

2015.9-至今 担任Nano Energy, J. Mater. Chem. A, Carbon, Chem. Comm., ACS Appl. Mater. Interfaces, Electrochim. Acta等 20 余期刊的审稿专家。



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研究方向Research focus

二维光电功能材料
微纳成形与加工
光芯片与成像/识别技术
光物理与光电子学


团队成员Research group

· 团队名称：新材料与器件研究中心 团队介绍：新材料与器件研究中心(http://zml.mat.hust.edu.cn)以华中科技大学材料科学与工程学院、材料成形与模具技术国家重点实验室为依托。现有教师10名，其中教授4名、副教授4名、讲师1名、工程师1名。研究方向主要包括光电功能材料、微纳传感器、光催化、锂离子电池、超级电容器等。实验室拥有完善的材料制备、结构表征、器件制备和性能测试实验平台。

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所在单位：材料科学与工程学院
学历：研究生(博士)毕业
学位：哲学博士学位
毕业院校：美国阿拉巴马大学
学科：材料物理与化学
曾获荣誉：
2019湖北省楚天学子
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研究领域

基于半导体材料和微纳加工的集成电路芯片技术是构筑现代微电子信息社会的基石。发展新型半导体材料的微纳成形与器件加工工艺是解决我国在芯片技术中诸多“卡脖子”难题的关键突破口。随着电子设备不断的小型化和智能化，目前广泛采用的硅基材料因其三维晶体结构的特点在物理尺寸和性能上都将达到极限。具有二维晶体结构的石墨烯、金属硫属化合物等新型二维薄膜材料因拥有独特的光学和电学特性，结构上与当前器件加工平台高度兼容而被广泛关注。发展先进的二维材料微纳成形以及与光芯片器件应用相匹配的微纳加工技术是我们的主要研究方向。


1. 微纳米成形与加工：发展基于无掩模激光打印的多项微纳加工工艺，提出“定位诱导生长”策略，实现二维金属硫属化合物的大面积生产、阵列化排布以及针对器件结构的预设计和定位生长。
化学气相沉积法是制备高质量金属硫属化合物二维材料的重要手段。但是，此前人们对其过程动力学不了解，无法从生长源的空间分布、传递以及形核等基本微观过程调节其生长形态，导致产物多以独立的单晶片随机分布于基体上，尺寸和形状难以控制。而产品无法形成大面积的连续单晶或均匀薄膜一直以来是制约二维金属硫属化合物在电子器件中应用的最大瓶颈问题。同时，产物随机分布也导致人们无法利用透射电镜等手段精准的对特定单晶的生长过程进行微观研究。我们结合无掩模激光打印和电子束微影等先进的微纳加工手段，对每个金属颗粒诱导源在基体上进行精准定位和阵列排布，实现了通过透射电镜观测单个单晶的初始成核及后续生长过程，发现并提出了金属颗粒对二维材料的“诱导生长机制”。基于对此微观动力学的理解，发展了多种二维材料的微纳成形与加工工艺：1）结合快速光刻和原位烧结的手段，在基底上大面积排布金属颗粒阵列，利用诱导生长机制实现了晶圆尺寸二维薄膜的可控生产；2）发展了激光光刻–深度反应离子刻蚀工艺，对二维材料按预定形状进行快速“切割”，实现了其微纳尺度的形状调控和精准加工；3）采用无掩模激光打印技术，将诱导颗粒以特定形状进行定位排布，省去传统工序中复杂的材料转移和纳米制造步骤而直接在器件基底上生长连续单晶，实现了沟道材料形状的预设计和直接定位生长。



图1.基于无掩模激光直写技术的微纳米快速切割和定位诱导生长机制


2. 二维光电功能材料：发展“原位化学气相沉积”工艺，设计曲率可控的曲面二维材料，填补了领域内对曲面二维金属硫属化合物研究的空缺，实现若干“颗粒@二维材料”异质结构的封装与成形。
二维材料的弯曲导致层间距离改变，晶格不匹配，能带结构重构，系统处于亚稳态，活性提高。但是，二维材料平面柔性大，曲率可控的曲面二维结构成形一直难以实现。我们在发现颗粒诱导机制的基础上，提出“曲面二维材料封装纳米颗粒”的思路，采用真空蒸镀-高温烧结的工艺，在基底上大面积密集排布颗粒源，发展了原位化学气相沉积工艺，在颗粒形成的同时同步生长曲面壳层，形成具有“清洁界面”的核-壳型异质结构，这也解决了传统中纳米颗粒与二维材料结合时界面污染的科学难题。该工艺具有高度的普适性：1）申请人采用熔点低且化学性质稳定的贵金属作为内核材料，实现了“金属@二维材料”核壳结构的封装；2）采用化学活性高的过渡金属作为内核材料，在高温烧结时供应硫源，采用同步硫化和生长的策略制备了金属硫属化合物间的核壳结构；3）对SiO₂等惰性颗粒进行反应离子表面硫化预处理，实现了曲面二维材料在介电颗粒上的“无缝”封装。



图2. 原位化学气相沉积实现“颗粒@曲面二维材料”核壳型异质结构的封装


3. 光芯片与光物理学研究：构筑基于二维材料微纳加工的光电芯片体系，实现光电性能的大幅度提升以及器件对不同波段入射源的识别和调控，揭示核壳结构的“PICTT”光电子激发和传递机理。
新型半导体材料与微电子器件以及工业制造平台的融合问题一直以来是制约微纳器件发展的重大瓶颈。本课题组所从事的材料微纳成形与加工研究正是以攻克此类工程性难题为最终目标。我们将所开发的二维材料大面积加工工艺、器件材料定位生长工艺、微纳切割技术等应用于光电晶体管器件的制造中，大幅度提升了器件的光电性能，同时改善或调解了器件的普适性和选择性。例如，基于“金属@二维材料”核壳结构的光电探测器性能相比传统二维材料提升10倍以上；定位诱导生长工艺实现了根据电路的形状直接在器件上生长沟道材料；微纳切割技术实现了在晶圆级尺寸上获得高质量的纳米带结构而对其迁移率和热导率不产生影响。我们进一步对器件的光电传感机理进行研究，发现了核壳结构特有的PICTT（Plasmon-Induced Interfacial Charge-Transfer Transition）效应。这是美国范德堡大学Tim Lian教授等于2015年在Science发表论文提出的一种快速光电激发模式，对未来光电器件中提高光电转换效率的有着重要的意义。然而传统的金属颗粒-半导体复合材料界面污染严重，难以产生PICTT激发，因此PICTT提出后一直无法得到实验上的验证。我们发展的原位化学气相沉积工艺，在核壳结构中实现了金属颗粒与二维半导体材料之间的原子级无缝结合，形成大面积的“清洁”界面，在器件中完美实现了PICTT效应，首次在实验上验证了该机理。



图3. 基于二维材料微纳加工技术的光电传感器件开发




科研项目
[1] 华中科技大学自主创新研究基金项目

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教授博士生导师 硕士生导师
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学科：材料物理与化学
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2019湖北省楚天学子
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研究领域 中文主页 - 科学研究 - 研究领域


基于半导体材料和微纳加工的集成电路芯片技术是构筑现代微电子信息社会的基石。发展新型半导体材料的微纳成形与器件加工工艺是解决我国在芯片技术中诸多“卡脖子”难题的关键突破口。随着电子设备不断的小型化和智能化，目前广泛采用的硅基材料因其三维晶体结构的特点在物理尺寸和性能上都将达到极限。具有二维晶体结构的石墨烯、金属硫属化合物等新型二维薄膜材料因拥有独特的光学和电学特性，结构上与当前器件加工平台高度兼容而被广泛关注。发展先进的二维材料微纳成形以及与光芯片器件应用相匹配的微纳加工技术是我们的主要研究方向。


1. 微纳米成形与加工：发展基于无掩模激光打印的多项微纳加工工艺，提出“定位诱导生长”策略，实现二维金属硫属化合物的大面积生产、阵列化排布以及针对器件结构的预设计和定位生长。
化学气相沉积法是制备高质量金属硫属化合物二维材料的重要手段。但是，此前人们对其过程动力学不了解，无法从生长源的空间分布、传递以及形核等基本微观过程调节其生长形态，导致产物多以独立的单晶片随机分布于基体上，尺寸和形状难以控制。而产品无法形成大面积的连续单晶或均匀薄膜一直以来是制约二维金属硫属化合物在电子器件中应用的最大瓶颈问题。同时，产物随机分布也导致人们无法利用透射电镜等手段精准的对特定单晶的生长过程进行微观研究。我们结合无掩模激光打印和电子束微影等先进的微纳加工手段，对每个金属颗粒诱导源在基体上进行精准定位和阵列排布，实现了通过透射电镜观测单个单晶的初始成核及后续生长过程，发现并提出了金属颗粒对二维材料的“诱导生长机制”。基于对此微观动力学的理解，发展了多种二维材料的微纳成形与加工工艺：1）结合快速光刻和原位烧结的手段，在基底上大面积排布金属颗粒阵列，利用诱导生长机制实现了晶圆尺寸二维薄膜的可控生产；2）发展了激光光刻–深度反应离子刻蚀工艺，对二维材料按预定形状进行快速“切割”，实现了其微纳尺度的形状调控和精准加工；3）采用无掩模激光打印技术，将诱导颗粒以特定形状进行定位排布，省去传统工序中复杂的材料转移和纳米制造步骤而直接在器件基底上生长连续单晶，实现了沟道材料形状的预设计和直接定位生长。



图1.基于无掩模激光直写技术的微纳米快速切割和定位诱导生长机制


2. 二维光电功能材料：发展“原位化学气相沉积”工艺，设计曲率可控的曲面二维材料，填补了领域内对曲面二维金属硫属化合物研究的空缺，实现若干“颗粒@二维材料”异质结构的封装与成形。
二维材料的弯曲导致层间距离改变，晶格不匹配，能带结构重构，系统处于亚稳态，活性提高。但是，二维材料平面柔性大，曲率可控的曲面二维结构成形一直难以实现。我们在发现颗粒诱导机制的基础上，提出“曲面二维材料封装纳米颗粒”的思路，采用真空蒸镀-高温烧结的工艺，在基底上大面积密集排布颗粒源，发展了原位化学气相沉积工艺，在颗粒形成的同时同步生长曲面壳层，形成具有“清洁界面”的核-壳型异质结构，这也解决了传统中纳米颗粒与二维材料结合时界面污染的科学难题。该工艺具有高度的普适性：1）申请人采用熔点低且化学性质稳定的贵金属作为内核材料，实现了“金属@二维材料”核壳结构的封装；2）采用化学活性高的过渡金属作为内核材料，在高温烧结时供应硫源，采用同步硫化和生长的策略制备了金属硫属化合物间的核壳结构；3）对SiO₂等惰性颗粒进行反应离子表面硫化预处理，实现了曲面二维材料在介电颗粒上的“无缝”封装。



图2. 原位化学气相沉积实现“颗粒@曲面二维材料”核壳型异质结构的封装


3. 光芯片与光物理学研究：构筑基于二维材料微纳加工的光电芯片体系，实现光电性能的大幅度提升以及器件对不同波段入射源的识别和调控，揭示核壳结构的“PICTT”光电子激发和传递机理。
新型半导体材料与微电子器件以及工业制造平台的融合问题一直以来是制约微纳器件发展的重大瓶颈。本课题组所从事的材料微纳成形与加工研究正是以攻克此类工程性难题为最终目标。我们将所开发的二维材料大面积加工工艺、器件材料定位生长工艺、微纳切割技术等应用于光电晶体管器件的制造中，大幅度提升了器件的光电性能，同时改善或调解了器件的普适性和选择性。例如，基于“金属@二维材料”核壳结构的光电探测器性能相比传统二维材料提升10倍以上；定位诱导生长工艺实现了根据电路的形状直接在器件上生长沟道材料；微纳切割技术实现了在晶圆级尺寸上获得高质量的纳米带结构而对其迁移率和热导率不产生影响。我们进一步对器件的光电传感机理进行研究，发现了核壳结构特有的PICTT（Plasmon-Induced Interfacial Charge-Transfer Transition）效应。这是美国范德堡大学Tim Lian教授等于2015年在Science发表论文提出的一种快速光电激发模式，对未来光电器件中提高光电转换效率的有着重要的意义。然而传统的金属颗粒-半导体复合材料界面污染严重，难以产生PICTT激发，因此PICTT提出后一直无法得到实验上的验证。我们发展的原位化学气相沉积工艺，在核壳结构中实现了金属颗粒与二维半导体材料之间的原子级无缝结合，形成大面积的“清洁”界面，在器件中完美实现了PICTT效应，首次在实验上验证了该机理。



图3. 基于二维材料微纳加工技术的光电传感器件开发

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个人信息Personal information

教授博士生导师 硕士生导师
性别：男
在职信息：在职
所在单位：材料科学与工程学院
学历：研究生(博士)毕业
学位：哲学博士学位
毕业院校：美国阿拉巴马大学
学科：材料物理与化学
曾获荣誉：
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科研项目 中文主页 - 科学研究 - 科研项目

[1] 华中科技大学自主创新研究基金项目,

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同专业博导 同专业硕导

个人信息Personal information

教授博士生导师 硕士生导师
性别：男
在职信息：在职
所在单位：材料科学与工程学院
学历：研究生(博士)毕业
学位：哲学博士学位
毕业院校：美国阿拉巴马大学
学科：材料物理与化学
曾获荣誉：
2019湖北省楚天学子
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学术成果 中文主页 - 学术成果


期刊论文
[1] Fakun Wang, Peng Luo, Yue Zhang, Yu Huang, Qingfu Zhang, Yuan Li, Tianyou Zhai. Tunneling Heterostructure with Complementary Bandgaps toward High-Sensitive Visible and Near Infrared Photodetection, Science China Materials, 2020, accepted.
[2] Mengran Wang, Yuan Li,* Jing Fang, Cesar J. Villa, Yaobin Xu, Shiqiang Hao, Jie Li, Yexiang Liu, Chris Wolverton, Xinqi Chen, Vinayak P. Dravid,* Yanqing Lai.* Superior Oxygen Reduction Reaction on Phosphorus-Doped Carbon Dot/Graphene Aerogel for All-Solid-Ste Flexible Al-Air Batteries. Advanced Energy Materials, 2020, 10, **.
[3] Jianwei Su, Mingshan Wang, Yuan Li, Fakun Wang, Qiao Chen, Peng Luo, Junbo Han, Shun Wang, Huiqiao Li, Tianyou Zhai. Sub-millimeter Scale Monolayer p-type H-Phase VS2, Advanced Functional Materials, 2020, 30, **.
[4] Mei Zhao, Jianwei Su, Yang Zhao, Peng Luo, Fakun Wang, Wei Han, Yuan Li, Xiaotao Zu, Liang Qiao, Tianyou Zhai. Sodium-Mediated Epitaxial Growth of 2D Ultrathin Sb2Se3 Flakes for Broadband Photodetection. Advanced Functional Materials, 2020, 30, **
[5] Wei Han, Chen Li, Sanjun Yang, Peng Luo, Fakun Wang, Xin Feng, Kailang Liu, Ke Pei, Yuan Li, Huiqiao Li, Luying Li*, Yihua Gao, Tianyou Zhai*, Atomically thin Oxyhalide solar-blind UV photodetectors, Small, 2020, 16, **.


专利成果
[1] Yuan Li, Jennifer G. DiStefano, Xinqi Chen, Vinayak P Dravid. Nanoseed-Induced Lateral Monolayers and Vertical Wings of Transition Metal Dichalcogenides. US patent, 2020, US.
[2] Yuan Li, Xinqi Chen, Vinayak P Dravid. Core-shell Heterostructures Composed of Metal Nanoparticle Core and Transition Metal Dichalcogenide Shell. US patent, 2019, US.
[3] Yuan Li, Xinqi Chen, Vinayak P Dravid. Core-shell Heterostructures Composed of Metal Nanoparticle Core and Transition Metal Dichalcogenide Shell. International patent, 2018, WO/2018/045271.
[4] Yanqing Lai, Yuan Li, Liangxing Jiang, Jie Li, Yexiang Liu. A novel composite electrocatalytic anode for nonferrous electrowinning. Chinese patent, 2010, CNB.

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学科：材料物理与化学
曾获荣誉：
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期刊论文 中文主页 - 学术成果 - 期刊论文

[1] Fakun Wang, Peng Luo, Yue Zhang, Yu Huang, Qingfu Zhang, Yuan Li, Tianyou Zhai. Tunneling Heterostructure with Complementary Bandgaps toward High-Sensitive Visible and Near Infrared Photodetection, Science China Materials, 2020, accepted..
[2] Mengran Wang, Yuan Li,* Jing Fang, Cesar J. Villa, Yaobin Xu, Shiqiang Hao, Jie Li, Yexiang Liu, Chris Wolverton, Xinqi Chen, Vinayak P. Dravid,* Yanqing Lai.* Superior Oxygen Reduction Reaction on Phosphorus-Doped Carbon Dot/Graphene Aerogel for All-Solid-Ste Flexible Al-Air Batteries. Advanced Energy Materials, 2020, 10, **..
[3] Jianwei Su, Mingshan Wang, Yuan Li, Fakun Wang, Qiao Chen, Peng Luo, Junbo Han, Shun Wang, Huiqiao Li, Tianyou Zhai. Sub-millimeter Scale Monolayer p-type H-Phase VS2, Advanced Functional Materials, 2020, 30, **..
[4] Mei Zhao, Jianwei Su, Yang Zhao, Peng Luo, Fakun Wang, Wei Han, Yuan Li, Xiaotao Zu, Liang Qiao, Tianyou Zhai. Sodium-Mediated Epitaxial Growth of 2D Ultrathin Sb2Se3 Flakes for Broadband Photodetection. Advanced Functional Materials, 2020, 30, **.
[5] Wei Han, Chen Li, Sanjun Yang, Peng Luo, Fakun Wang, Xin Feng, Kailang Liu, Ke Pei, Yuan Li, Huiqiao Li, Luying Li*, Yihua Gao, Tianyou Zhai*, Atomically thin Oxyhalide solar-blind UV photodetectors, Small, 2020, 16, **..
[6] Jennifer G. DiStefano, Akshay A. Murthy, Chamille J. Lescott, Roberto dos Reis, Yuan Li, and Vinayak P. Dravid.* Au@MoS2@WS2 Core-Shell Architectures: Combining Vapor Phase and Solution-Based Approaches. Journal of Physical Chemistry C. 2020, 124, 4, 2627-263.
[7] Yuan Li, Akshay A. Murthy, Jennifer G. DiStefano, Hee Joon Jung, Shiqiang Hao, Cesar J. Villa, Chris Wolverton, Xinqi Chen,* Vinayak P. Dravid.* MoS2-Capped CuxS Nanocrystals: A New Heterostructural Geometry of Transition Metal Dichalcogenides for Broadband Optoelectronics. Materials Horizons, 2019, 6, 587-594..
[8] Heguang Liu, Yuan Li,* Todd Gilliam, Wenwu Shi, Nitin Chopra.* Surface enhanced Raman scattering (SERS) effect using flexible and self-closing ZnO nanowire-Au nanoparticle heterostructures. Applied Surface Science, 2019, 496, 143681..
[9] Heguang Liu, Yadong Xu, Yuan Li,* Nitin Chopra.* Controlled thermal shrinking of gold nanoparticle-decorated polystyrene substrate for advanced surface-enhanced Raman spectroscopy. Applied Surface Science, 2019, 466, 262-267.
[10] Yuan Li, Emily C. Moy, Akshay A. Murthy, Shiqiang Hao, Jeffrey D. Cain, Eve D. Hanson, Jennifer G. DiStefano, Woo Hyun Chae, Qianqian Li, Chris Wolverton, Xinqi Chen,* Vinayak P. Dravid.* Large-Scale Fabrication of MoS2 Ribbons and Their Light-Induced Electronic/Thermal Properties: Dichotomies in the Structural and Defect Engineering. Advanced Functional Materials, 2018, 28, **..

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专利成果 中文主页 - 学术成果 - 专利成果

[1] Yuan Li, Jennifer G. DiStefano, Xinqi Chen, Vinayak P Dravid. Nanoseed-Induced Lateral Monolayers and Vertical Wings of Transition Metal Dichalcogenides. US patent, 2020, US. .
[2] Yuan Li, Xinqi Chen, Vinayak P Dravid. Core-shell Heterostructures Composed of Metal Nanoparticle Core and Transition Metal Dichalcogenide Shell. US patent, 2019, US. .
[3] Yuan Li, Xinqi Chen, Vinayak P Dravid. Core-shell Heterostructures Composed of Metal Nanoparticle Core and Transition Metal Dichalcogenide Shell. International patent, 2018, WO/2018/045271..
[4] Yanqing Lai, Yuan Li, Liangxing Jiang, Jie Li, Yexiang Liu. A novel composite electrocatalytic anode for nonferrous electrowinning. Chinese patent, 2010, CNB..

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授课信息
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教学成果
暂无内容

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[1] 物理化学,2020-2021/

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获奖信息 中文主页 - 获奖信息

[1] Gold Star Award, Northwestern University, 2016年，2017年,
[2] EB1-A (Alien of Extraordinary Ability，杰出人才)，USCIS，2017年,
[3] NUANCE Postdoc Fellow，美国西北大学，2015年,
[4] MINT GSS Fellowship，阿拉巴马大学，2013年,
[5] MRS Best Poster Award, MRS，2013年,
[6] 东岭集团奖学金，中南大学，2010年,
[7] 推荐免试保送研究生，中南大学，2009年,
[8] 中南大学优秀毕业生，中南大学，2009年,
[9] 中南大学优秀学生，2007年，2008年,
[10] 蒋伟英奖学金，中南大学，2007年,

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学科：材料物理与化学
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[1] 材料科学与工程学院/材料物理化学/2021
[2] 材料科学与工程学院/材料物理化学/2021

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