一、导师简介
Cai Yongqing教授现任澳门大学应用物理及材料工程研究所副教授。其学术履历涵盖新加坡国立大学物理学博士（2012年）、西北工业大学材料学硕士（2007年）及学士（2004年）。博士阶段的研究方向为"First-principles Simulations of Nanomaterials for Nanoelectronics and Spintronics"，奠定了其计算材料科学的学术根基。
2011年至2019年间，Cai教授先后在新加坡国立大学物理系担任研究助理、研究员，随后进入新加坡科技研究局（ASTAR）高性能计算研究所，历经Scientist I至Scientist III的职级晋升。2019年9月，Cai教授加入澳门大学，任助理教授，并于2025年8月晋升为副教授。
学术荣誉方面，Cai教授于2020年获国家自然科学基金优秀青年科学基金（港澳），2023年入选斯坦福大学全球前2%高被引科学家榜单。其研究总引用次数逾1.4万次（Scopus数据），H-index达61。
研究兴趣集中于计算材料科学与计算物理，尤其擅长第一性原理量子模拟方法。具体方向包括：声子输运与电子-声子耦合、铁电与多铁相变、光-物质相互作用及极化激元、缺陷物理（施主/受主、空位团簇、晶界、孪晶）、机器学习势函数开发，以及面向下一代电子器件和能源应用的材料设计理论路径。
二、近期文章和项目解析
Cai教授近年的学术产出呈现明显的跨学科特征，研究主题从传统的第一性原理计算向能源材料界面工程、柔性电子器件等应用领域延伸。以下对其2024-2025年代表性工作进行解析：
1. 固态钠金属电池界面动力学研究
发表于Advanced Functional Materials（2025, 35, 2420014）的研究"Interface Stable Kinetics Triggered by Interfacial Built-In Electric Field in Solid-State Sodium-Metal Battery"，探讨了固态钠金属电池中界面内建电场（Built-In Electric Field）对界面稳定动力学的触发机制。该研究被引17次（WOS），反映了固态电池界面工程领域的高度关注。
同期发表于ACS Energy Letters（2025, 10, 4777-4786）的"Back-Adhesive Hybrid Solid Electrolyte with Regulated Surface Adhesion Realizing Enhanced Interfacial Kinetics and Stability in Solid-State Sodium Metal Batteries"，提出背胶型混合固态电解质设计，通过调控表面粘附性改善界面动力学与稳定性。两篇工作形成技术路线上的呼应，显示出Cai教授课题组在碱金属电池界面问题上的持续投入。
2. 卤化物钙钛矿的晶面控制与离子迁移
ACS Applied Materials and Interfaces（2025, 17, 54190-54199）刊发的"Control of Facet Preference and Stability with Halogen Passivation of CsPbBr3 Perovskite"，研究了卤素钝化对CsPbBr3钙钛矿晶面择优取向与稳定性的调控作用。Applied Physics Letters（2025, 126, 142101）发表的"Which one is more favorable in halide perovskites, A-site migration or X-site?"则针对卤化物钙钛矿中A位点与X位点的离子迁移偏好性问题进行理论探讨。
这两篇工作体现了计算材料科学在光电器件材料优化中的典型应用范式：通过第一性原理计算揭示微观机制（离子迁移路径），进而指导实验层面的材料改性（晶面工程、表面钝化）。
3. 二维钙钛矿的分子设计理论
Nanoscale（2025, 17, 2658-2667）发表的"Theoretical insights into spacer molecule design to tune stability, dielectric, and exciton properties in 2D perovskites"，为二维钙钛矿中间隔分子（spacer molecule）的设计提供了理论视角，涉及稳定性、介电性质与激子特性的协同调控。
4. 柔性电子与自修复材料
Nature Communications（2025, 16, 5524）刊发的"Recyclable self-secreting autonomous healing dielectrics for millisecond water quality sensing"，Cai教授作为共同作者参与，研究可回收、自分泌型自主修复电介质材料，应用于毫秒级水质传感。此项工作标志着其研究向柔性电子、环境传感领域的拓展。
5. 磁热材料与热界面材料
Journal of Rare Earths（2025, 43, 1220-1227）关于RE3Co2Ge4（RE = Gd, Tb, Dy）化合物磁相变与磁热性能的研究，以及Materials Today Physics（2025, 54, 101714）关于氧空位驱动氧化镓界面合金化与混合以增强传热的工作，显示出课题组在功能材料热物理性质计算方面的积累。
三、未来研究预测
基于现有研究轨迹与计算材料科学领域的发展趋势，Cai教授课题组未来可能在以下方向深化探索：
1. 机器学习势函数与高通量计算
Cai教授已明确将"Machine learning potential"与"Materials informatics"列为研究兴趣。结合其2021-2023年主持的国家自然科学基金项目"High-throughput Materials Informatics"，预计该方向将持续推进。机器学习势函数（ML potential）的开发能够突破传统密度泛函理论（DFT）在体系尺寸与时间尺度上的限制，为复杂界面动力学、非平衡态过程模拟提供新工具。
2. 固态电池界面多尺度模拟
当前研究已涉及固态钠金属电池的界面内建电场与电解质设计。未来工作可能向多尺度模拟框架发展：将第一性原理计算的界面电子结构参数输入连续介质模型或相场模型，实现从原子尺度到器件尺度的跨尺度关联。钾离子电池（Journal of Energy Chemistry, 2025, 109, 280-287）的研究也表明，课题组正扩展至其他碱金属离子电池体系。
3. 钙钛矿光电器件的界面工程理论
卤化物钙钛矿研究已形成系列工作，涵盖晶面控制、离子迁移、二维结构分子设计等主题。结合领域前沿，界面缺陷钝化、异质结能带对齐、离子迁移抑制策略的理论研究可能进一步深化。特别是钙钛矿/二维材料异质结构的界面电荷转移机制，与Cai教授早期在二维材料（磷烯、InSe、MoS2）方面的研究积累形成呼应。
4. 柔性电子材料的计算设计
Nature Communications自修复电介质工作的参与，预示着柔性电子材料可能进入课题组的研究视野。计算材料科学在此领域的应用包括：聚合物链动力学模拟、界面粘附能计算、自修复机制的分子动力学模拟等。
5. 声子输运与热管理材料
声子输运（phonon transport）是Cai教授长期关注的方向之一。氧化镓热界面材料的工作（Materials Today Physics, 2025）展示了该方向的延续性。随着功率器件散热需求的提升，新型热界面材料的计算筛选与优化设计可能成为持续的研究主题。
