中科学研线下科研化学和材料学专业特辑
化学与材料学，是推动人类进步的重要力量。
化学作为 “中心科学”，研究物质的组成、结构、性质与变化规律，从化学反应机理到分子合成，为能源开发、环境保护、药物研发等提供理论基础。比如合成新的催化剂，提升能源转化效率。
材料学专注材料设计、制备与应用，从传统金属、陶瓷，到新型纳米材料、智能材料，不断探索材料性能极限。像石墨烯，凭借优异导电性和高强度，有望革新电子、航空航天等产业。
二者紧密相连，化学为材料研发提供原理，材料学则是化学成果落地的载体，共同塑造现代科技生活。
本期，将和大家重点介绍数学专业相关线下科研项目，对化学、物理学、材料科学与工程、材料学、芯片或碳中和相关专业感兴趣的同学一定不能错过！
中科学研线下科研项目
为帮助学生们打破科研壁垒，让更多的学生进入顶尖实验室跟随名师学习科研，提升科研能力，中科学研已陆续推出多期线下科研项目，为众多学生提供了向领域内杰出导师学习的机会！
2025年7-8月，中科学研将在多个北京、深圳及珠海等地的985高校、国立科研院所实验室中开展实验室线下科研项目，涉及机械工程、商科、哲学、政治学、经济学、心理学、化学、材料、物理、生物医学、计算机与人工智能、数学、生物医学工程等多门学科。8-12年级学生不容错过！！
项目导师来自国内自然科学最高学术机构，为研究领域内实力突出的科研翘楚，建成了完整的自然科学学科体系，科研实力和影响力超过国内大部分985、211院校。
电化学储能——水系锌离子电池研究
水系锌离子电池（ZIBs）因其高安全性、低成本和环境友好性，在电化学储能领域备受关注。
该电池以Zn金属为负极，水系电解液为载流介质，正极材料通常采用层状结构氧化物、普鲁士蓝类化合物或有机电极材料。
其主要优势包括高理论比容量（Zn: 820 mAh/g）、低电极电位（-0.76 V vs. SHE）和良好的循环稳定性。
然而，ZIBs仍面临枝晶生长、正极溶解及副反应等挑战，影响其寿命与性能。
当前研究重点在于优化电极材料、提升电解液稳定性以及开发先进界面调控策略，以推动ZIBs在大规模储能、便携电子设备等领域的应用。
项目目标
导师将根据每位同学的学术背景，通过线下实验室实操帮助学生学习掌握科研技能与方法；掌握水系锌离子电池研究发展前沿与应用；实践学习电池材料合成、组装等相关实验原理与操作。
项目导师
开展物理化学、储能材料与器件相关方向研究，先后主持多项国家级、省级自然科学基金项目，发表多篇顶刊论文，研究专利成果突出，授课经验丰富，沟通能力强。
项目课程简述
实验操作部分：正极材料合成实验，涂片法制备正极极片，样品分析，配置电解液，准备负极片、隔膜等材料、，装扣式电池并进行电化学测试，了解电化学分析测试设备，及分析测试结果等。
课堂实录
氢能电池：合成燃料电池的新型催化剂
燃料电池作为高效清洁能源转换技术，依赖催化剂促进氢氧反应，以提高能量转换效率。
目前，传统铂基催化剂虽具有高催化活性，但成本昂贵且耐久性有限。
新型催化剂研究正朝着高活性、低成本和高稳定性方向发展，包括碳基纳米材料、过渡金属合金、单原子催化剂及非贵金属催化剂（如Co-N-C、Fe-N-C）。
此外，电催化机制优化、催化剂结构调控以及电解质相容性提升也是研究重点。
未来，高效催化剂的开发将进一步提升氢能燃料电池的经济性和可持续性，推动氢能在交通、电网储能等领域的广泛应用。
项目目标
导师将根据每位同学的学术背景，通过线下实验室实操帮助学生学习掌握电化学基础知识，深入探究制备高效催化剂的方法以及其如何在电解水、燃料电池中发挥作用。
项目导师
开展金属纳米团簇的可控合成及其高效催化制氢研究相关方向研究，先后主持多项国家级、省级自然科学基金项目，发表多篇顶刊论文，研究专利成果突出，授课经验丰富，沟通能力强。
项目课程简述
理论学习部分：电化学基础知识、电解水基础知识、燃料电池基础知识等。
实践操作部分：制备电解水催化剂，电解水，制备燃料电池催化剂，燃料电池组装、性能、发电等，通过导电率、阻抗损耗、活化极化、传质极化损耗等多方面评价电池性能等。
课堂实录
可穿戴设备中柔性电子传感器的制备与研究
柔性电子传感器作为可穿戴设备的核心组件，可实现生理信号监测、运动追踪和人机交互等功能。
其制备通常基于柔性基底（如PDMS、PI、TPU）与高灵敏度功能材料（如石墨烯、MXene、导电聚合物）相结合，采用喷涂、印刷、激光刻蚀等技术构建微纳结构，以提高传感灵敏度与稳定性。
研究重点包括柔性应变传感器、电化学生物传感器和多功能集成传感系统，旨在提升信号采集精度、机械耐久性和数据传输能力。
未来，柔性电子传感器将在智能医疗、健康监测和人机交互等领域发挥重要作用，为个性化、便携化健康管理提供技术支持。
项目目标
导师将根据每位同学的学术背景，通过线下实验室实操帮助学生学习掌握科研技能与方法；掌握传感器基础知识和相关实验操作；学习电泳沉积、改性与界面工程及人机交互应用。
项目导师
开展人机交互应用、半导体材料研究相关方向研究，先后主持多项国家级、省级自然科学基金项目，发表多篇顶刊论文，研究专利成果突出，授课经验丰富，沟通能力强。
项目课程简述
理论学习部分：传感器基础知识，包括传感器的分类与不同类别传感器导电机制、传感器性能应用、面临待解决的工程性问题与解决思路、方案等。
实践操作部分：实验预操作，实验仪器和实验方案的准备，导电纳米颗粒的制备与改性实验原理和实验仪器操作，调整电泳时间/电压对器件性能优势最大化，及传感器器件性能测试等。
课堂实录
融合AI技术的动力电池回收与资源化利用研究
随着新能源汽车的快速发展，废旧动力电池的高效回收与资源化利用成为关键课题。
传统回收方式面临电池成分复杂、退役状态不均等挑战，而AI技术的融合为智能分选、寿命预测和材料再生优化提供了新方案。
基于机器学习与大数据分析，AI可实现电池寿命管理、退役评估及梯次利用策略优化。此外，智能识别与机器人拆解技术可提升电池分选精度，提高回收材料的纯度和回收率。
未来，结合AI驱动的优化算法与自动化回收体系，将促进动力电池的高效循环利用，推动新能源产业的可持续发展。
项目目标
导师将根据每位同学的学术背景，通过线下实验室实操帮助学生学习学习掌握新能源汽车动力电池回收的基本理论与技术；实践学习融合AI技术的动力电池梯次利用及绿色资源化。
项目导师
开展动力电池资源化，及新型储能材料及器件相关方向研究，先后主持多项国家级、省级自然科学基金项目，发表多篇顶刊论文，研究专利成果突出，授课经验丰富，沟通能力强。
项目课程简述
理论学习部分：讲解动力电池梯次利用过程，电芯检测与评估：健康状态（SOH）、未来Ai人工智能的协同应用，讲解动力电池梯次利用过程，电芯性能测试：包括开路电压(OCV)测试、内阻测试、充放电测试等，了解Ai人工智能在今后采集电路数据，构建模型，提高检测效率的融合作用等。
实践操作部分：使用万用表和电压内阻测试仪等，测量电芯的电压及内阻，以及连接电路，通过灯泡的亮度变化情况等，初步判断电池的剩余容量；安装XRD分析软件，进行识谱及物相检索数据导出；安装Origin软件，绘制XRD、电压、内阻等图形。
课堂实录
合成生物学研究：细菌素的表达及提取
细菌素是一类由细菌合成的抗菌肽，具有广谱抑菌活性，在食品保鲜、医学抗感染和微生物群落调控等领域具有重要应用。
合成生物学为细菌素的高效表达与提取提供了新的策略，通常通过基因工程改造宿主菌（如大肠杆菌、乳酸菌）优化细菌素的生物合成途径。
表达体系优化包括启动子调控、密码子优化及分泌机制改进，以提高产量和活性。
在提取方面，采用超滤、离子交换、亲和层析等纯化技术，以获得高纯度细菌素。
未来，通过合成生物学手段提升细菌素的稳定性和靶向性，可进一步推动其在生物医药和农业中的应用。
项目目标
导师将根据每位同学的学术背景，通过线下实验室实操帮助学生学习掌握科研技能与方法；学习紫色杆菌素的生物合成及提取相关实验原理与操作；实践掌握质粒提取、菌落PCR鉴定等分子生物学技能。
项目导师
利用系统生物学、合成生物学以“干湿”实验结合的模式研究表观基因组信息的传递机制以及其在肿瘤发生和耐药性产生、全能性细胞(2C)、细胞衰老、染色体外DNA(ecDNA)、合成表观重构、DNA复制起始分子复合物、人工细胞等的表观遗传调控机制相关方向研究，先后主持多项国家级、省级自然科学基金项目，发表多篇顶刊论文，研究专利成果突出，授课经验丰富，沟通能力强。
项目课程简述
理论学习部分：认识及熟悉实验相关仪器设备的名称、原理、使用与维护；了解酵母培养的大概流程等。
实践操作部分：酿酒酵母完全培养基和选择培养基的配制，培养酵母，同时介绍酵母的来源、生存所需要的条件以及该酵母在科研与工业生产上的应用，通过PCR获取目的片段并重组，学习将重组DNA进行大肠杆菌转化，学习酿酒酵母醋酸锂转化法等。
课堂实录
光子芯片研究及其应用
光子芯片是一种利用光子代替电子进行信息传输和处理的新型集成芯片，具有高速、低能耗和高带宽的优势，被视为突破传统电子芯片瓶颈的重要技术。
其核心研究涉及硅光子、III-V族半导体、绝缘体上硅（SOI）等材料体系，以及光波导、光调制器、光探测器等关键组件的优化设计。
当前，光子芯片在高速光通信、光计算、量子信息处理和传感检测等领域展现出广阔前景。
未来，随着集成制造工艺的进步和AI加速计算的需求增加，光子芯片将在数据中心、5G/6G网络、人工智能计算和生物医疗检测等方面发挥重要作用。
项目目标
导师将根据每位同学的学术背景，通过线下实验室实操帮助学生学习掌握科研技能与方法；实践学习显微光路搭建、超构表面光子芯片的成像与光谱测试等技术；了解光子芯片相关领域的发展与应用。
项目导师
开展基于波导、光栅和超构表面的纳米光子芯片器件研究相关方向研究，先后主持多项国家级、省级自然科学基金项目，发表多篇顶刊论文，研究专利成果突出，授课经验丰富，沟通能力强。
项目课程简述
理论学习部分：光子芯片器件的发展和应用，及光纤传感的发展与应用等。
实践操作部分：、光纤基本操作实验、光纤接触力传感实验、空间光路基本调节实验、显微成像光路调节实验、及超构表面光子芯片光谱测试实验等。
课堂实录
生物3D打印——组织再生与器官重建的研究
生物3D打印是一种将活细胞、生物材料和生物因子按特定三维结构精确组装，以构建组织和器官的前沿技术。
在组织再生领域，该技术通过层层打印生物墨水，模拟天然组织的微环境，实现皮肤、软骨、血管等组织的再生修复。
器官重建方面，生物3D打印可用于构建肝脏、肾脏等复杂器官的功能性微组织，为器官移植和疾病模型研究提供新途径。
当前研究重点包括优化生物墨水配方、提高打印精度、促进血管化及维持细胞存活率。
未来，随着生物制造技术的发展，生物3D打印有望推动个性化再生医学和人工器官工程的突破。
项目目标
导师将根据每位同学的学术背景，通过线下实验室实操帮助学生学习掌握科研技能与方法；学习掌握生物3D打印核心知识与技术；从动物生理病理模型构建实验学习生物3D打印技术应用。
项目导师
开展生物3D打印与精准组织/器官工程研究相关方向研究，先后主持多项国家级、省级自然科学基金项目，发表多篇顶刊论文，研究专利成果突出，授课经验丰富，沟通能力强。
项目课程简述
理论学习部分：挤出式生物3D打印、光固化生物3D打印、类器官培养、及动物模型等。
实践操作部分：了解挤出式3D打印的大致技术流程，熟悉数字光处理打印（DLP）与体积打印的大致实验流程，观摩体外3D细胞培养及类器官制备的大致实验流程，及学习动物生理病理模型构建的大致实验流程等。
课堂实录
为什么选择我们？
1师资优势
项目导师就职于985高校或国立科研院所，为研究领域内实力突出的科研翘楚，科研实力和影响力也超过国内大部分985、211院校教授，足以媲美美国排名前30大学的教授。
2项目优势
- 理论实践相结合的教学模式
严谨规范的科研实训，在学习理论基础之后，带学员进入实验室开始实操学习。
- 理工科优势,部分涉及经济门类
项目与导师研究方向覆盖多类理工科研究方向，部分涉及经济金融应用。专业关键词包括：人工智能、生物医学、环境科学、计算机科学、数学、心理学、材料科学、生物信息学、金融学、机电工程学.....
3产出优势
1、高质量结项报告
2、个性化网申推荐信
3、科研结项证书，丰富简历
4、优秀学员可获得RA机会
5、教授指导留学选校，助力DIY留学
6、教授指导留学,升学择校及专业选择
【竞赛报名/项目咨询+微信：mollywei007】
