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双院崇实|金属材料强度国家重点实验室:瞄准材料力学行为研究前沿
日期:2017-06-29

材料是人类物质文明的基础,越来越成为电子信息、生命科学、冶金制造、能源利用、航空航天等领域发展的关键因素。各方面对高性能材料的需求日益迫切,结构材料及力学性能的研究内涵也在发生深刻变化。材料的力学性能表征和服役行为研究始终是材料科学的核心,是传统材料高性能化和新材料创制开发的重要前提。金属材料强度国家重点实验室作为目前我国材料科学领域唯一的以材料力学行为研究为主的国家级实验室,始终作为材料力学行为研究的引领者,面向国家重大需求及国民经济主战场,为推进传统材料和新材料在高新技术应用和国家安全重大装备等方面的应用奠定坚实的基础。

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瞄准国际一流 引领前沿研究

近几年,金属材料强度国家重点实验室在包括Nature在内的国际顶尖期刊上发表了数篇高水平论文。2010年1月,实验室题为“Strong crystal size effect on deformation twinning”一文发表在Nature上,研究成果入选2010年中国高等学校十大科技进展。美国材料研究学会主席、德国卡尔斯鲁厄理工学院Kraft教授在Nature Materials上发表专题评论予以高度评价,认为该结果颠覆了长期以来人们的直觉。2016年11月,实验室题为“The evolving quality of frictional contact with graphene”的研究成果发表在Nature上,挪威科技大学Wijn教授在同期的新闻与评论专栏发表专题评论,认为该工作不仅揭示了石墨烯奇特摩擦行为的来源,而且引发了对摩擦机理在诸多层面上的探索,同时也为人们以一种可控的方式来研究复杂体系的摩擦强化行为提供了可能性。

2016年,实验室完成的“基于晶体缺陷调控的铁性智能材料新物理效应”获得国家自然科学二等奖。该成果先后4次被Nature MaterialsNPG Asia Materials等专题评论,还被编入两部美国科学家编写的学术专著。美国工程院院士、英国皇家学会院士、欧洲科学院院士、IEEE Fellow等领域国际权威学者和同行高度评价,认为该项目“提出了点缺陷短程有序对称性原理”“提出了三相点准同型相界理论”“引发了巨大的研究兴趣和同行跟踪研究”“是一个突破”。

近年来的一个又一个重要进展,代表实验室在基础研究领域已达到国际一流水平。2016年的 “自然指数2016新星榜”展示了2012-2015年期间高质量科研论文增长最显著的国家和机构,西安交大荣登全球新星榜第42名,文中特意提到了金属材料强度国家重点实验室的重要作用。

 

立足重大需求 心系国计民生

实验室面向国家在材料领域的重大战略需求,结合自己的优势和特色,围绕航空航天部件模具材料的表面改性、摩擦磨损、节能降耗与绿色环保,及战略性资源型金属材料加工等领域难题,针对模具表面辅助沉积强化、先进涂层的设计与制备、高性能CuCr触头材料、高强韧铸造耐磨材料、高性能复相碳化硅陶瓷材料和纳米掺杂高性能钼合金材料等关键技术开展系列攻关,突破了多项制约我国相关领域发展的技术瓶颈,取得了一系列核心自主知识产权,部分材料性能与技术指标达到国际领先水平。近年来,实验室在相关领域获得国家自然科学二等奖2项,国家技术发明二等奖5项及国家科技进步二等奖1项。

以钼合金为例,针对如何解决同步提高钼合金的强度与延韧性这一高难度、但对我国钼业发展有着极其重要意义的问题,实验室与金堆城钼业股份公司紧密合作,历时10 余年,终于在此领域取得突破。相关技术已在金堆城钼业公司实现了规模化应用,取得了显著的经济与社会效益,对我国钼业发展有着极其重要的意义,相关成果获得了2013年度国家技术发明二等奖。基于该研究的后期基础理论研究成果2013年3月发表在Nature Materials上,并在其封面被重点推介,该刊同期发表的欧洲科学院院士Valiev教授的专题评述文章对此予以高度评价,认为该方法“有望在其它金属结构材料中得到应用”“该研究将为钼合金领域带来显著进步,并在提高燃气轮机等能效方面具有重大的社会意义”。该成果入选了当年“中国十大科技进展”20项候选新闻。

再如工业界和学术界长期广泛关注的氢严重影响金属基材料力学性能的(氢脆)问题,尽管氢脆现象的发现已有上百年的历史,在世界范围内人们对材料发生氢脆的微观机理也进行了不懈探索,但截至目前仍没有达到共识。实验室在氢致材料脆性的机理方面取得重要进展,相关研究成果分别于2015、2016发表在Nature MaterialsNature Communications上。该发现颠覆了人们近三十年来的认知,期待对氢脆的预防起到积极的指导意义。

科学进步是为了更好地改善人类生活,促进经济发展。实验室在雾霾颗粒成分、形貌、尺寸及潜在危害、金属镁研究及应用等领域也取得一系列突破性进展,受到包括央视、东方卫视、科技日报等数十家媒体的广泛关注和报道。

开放交流共享 文化传承创新

“开放、流动、联合、竞争”是国家重点实验室的建设方针,实验室一贯注重合作交流及其平台建设,积极参加国内外高水平学术会议,分享科研进展,碰撞思想火花。2006年,作为组委会主席,实验室主任孙军教授在西安成功主持召开了近千名中外代表参加的第十四届国际材料强度大会,这是该系列国际会议第一次在中国举办。自2010年开始,实验室每年举办一届“微纳尺度材料性能系列国际研讨会”,邀请该领域国际知名专家和学者做特邀报告300余次。

实验室长期活跃于国内外学术领域,在相关领域的影响力日益增强。孙军教授2013年在第13届国际断裂大会和第十届中国材料大会开幕式做了特邀报告。任晓兵教授在2013年德国杜伊斯堡专题讨论会和2014年国际马氏体会议上对自己提出的“应变玻璃相变”新概念做了专题报告。2013年,李巨教授、单智伟教授和马恩教授提出的弹性应变工程专题会议在美国材料研究学会年度会议上引起广泛关注。

金属材料强度国家重点实验室滥觞于1963年成立的金属材料及强度研究室。上个世纪,周惠久院士创立多次冲击抗力理论,对中国材料强度学科的建立起到了重要推动作用。之后,实验室一代代材料人发扬周先生求真务实的科研精神,在持续深入和扩展前辈研究的同时,不断开拓新的研究领域,获得新的研究进展,始终致力于提升实验室的研究能力和影响力,引领材料力学行为研究。

 

作者:科研院 金属材料强度国家重点实验室 

 

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