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  • 作者:李杰 臧中華 來源: 發布時間:2018-8-1 14:56:28
    金屬材料強度國家重點實驗室:
    聚焦前沿 造福公眾

     
    材料是人類物質文明的基礎,并逐漸成為電子信息、生命科學、冶金制造、能源利用、航空航天等領域發展的關鍵因素。
     
    當前,各個領域對高性能材料需求的日益迫切,使得結構材料及力學性能的研究內涵發生了深刻的變化。但材料的力學性能表征和服役行為研究始終是材料科學的核心,也是傳統材料高性能化和新材料創制開發的重要前提。
     
    依托西安交通大學建立的金屬材料強度國家重點實驗室是目前我國材料科學領域唯一的、以材料力學行為研究為主的國家級實驗室,其始終作為材料力學行為研究的引領者,面向國家重大需求及國民經濟主戰場,為推進傳統材料和新材料在高新技術和國家安全重大裝備等方面的應用,奠定了堅實的基礎。
     
    引領前沿
     
    自1995年建成并對外開放以來,金屬材料強度國家重點實驗室始終瞄準國際舞臺,致力于引領前沿研究,在包括《自然》在內的眾多國際頂尖期刊上發表了多項高水平研究。
     
    2010年1月,《自然》雜志刊發實驗室題為“Strong crystal size effect on deformation twinning”的研究工作。研究人員通過微壓縮和納米壓痕實驗發現,形變孿晶在尺寸小于一微米的晶體中被完全抑制,從而使得普通脫位彈性成為惟一形變模式。
     
    鑒于這一發現為在微觀尺度操縱材料機械性質的新方法鋪平了道路,2010年,此項研究成果入選“中國高等學校十大科技進展”;不僅如此,美國材料研究學會主席、德國卡爾斯魯厄理工學院教授Kraft還專門在《自然材料》上發表專題評論,對此項研究予以高度評價,認為它顛覆了長期以來人們的直覺。
     
    2016年11月,實驗室研究成果“The evolving quality of frictional contact with graphene”再度榮登《自然》。挪威科技大學教授Wijn在同期的“新聞與評論”專欄發表專題評論稱,這項工作不僅揭示了石墨烯奇特摩擦行為的來源,而且引發了對摩擦機理在諸多層面上的探索,為人們以一種可控的方式來研究復雜體系的摩擦強化行為提供了可能性。
     
    同樣是在2016年,實驗室 “基于晶體缺陷調控的鐵性智能材料新物理效應” 項目獲得國家自然科學二等獎,不僅先后4次被《自然材料》等權威期刊予以專題評論,還被編入兩部美國科學家編寫的學術專著。包括美國工程院院士、英國皇家學會院士、歐洲科學院院士等在內的多位國際權威學者和同行不約而同對這項成果作出高度評價,認為它“提出了點缺陷短程有序對稱性原理”“提出了三相點準同型相界理論”“引發了巨大的研究興趣和同行跟蹤研究”。
     
    2016年,“自然指數2016新星榜”發布,這份權威榜單展示了2012~2015年間高質量科研論文增長最顯著的國家和機構,其中西安交通大學榮登第42位。值得一提的是,文中特意提到了金屬材料強度國家重點實驗室在助力西安交大排名迅速躍升中的重要作用,代表實驗室在基礎研究領域已達到國際一流水平。
     
    立足需求
     
    近年來,實驗室碩果累累,先后獲得國家自然科學二等獎2項、國家技術發明二等獎5項及國家科技進步二等獎1項。之所以能夠取得這樣的成績,還要歸因于實驗室立足重大需求、心系國計民生的發展理念。
     
    20多年來,實驗室始終面向國家在材料領域的重大戰略需求,結合自身優勢特色,圍繞航空航天部件模具材料的表面改性、摩擦磨損、節能降耗與綠色環保以及戰略性資源型金屬材料加工等領域難題,針對模具表面輔助沉積強化、先進涂層的設計與制備、高性能CuCr觸頭材料、高強韌鑄造耐磨材料、高性能復相碳化硅陶瓷材料和納米摻雜高性能鉬合金材料等關鍵技術開展系列攻關,突破了多項制約我國相關領域發展的技術瓶頸,取得了一系列核心自主知識產權,部分材料性能與技術指標達到國際領先水平。
     
    以鉬合金為例。針對同步提高鉬合金的強度與延韌性這一難度高、但對我國鉬業發展有著極其重要意義的難題,實驗室與金堆城鉬業股份公司緊密合作,歷時10 余年,終于成功“突圍”。
     
    目前,相關技術已在金堆城鉬業公司實現了規;瘧,取得顯著的經濟與社會效益,對我國鉬業發展產生極其重要的意義。相關成果不僅獲得2013年度國家技術發明二等獎,同時基于研究的后期基礎理論成果也被《自然材料》重點推介。歐洲科學院院士Valiev在專題評述文章中表示,該方法“有望在其它金屬結構材料中得到應用”“將為鉬合金領域帶來顯著進步,并在提高燃氣輪機等能效方面具有重大的社會意義”。
     
    這樣的例子不勝枚舉。盡管氫脆現象的發現已有上百年的歷史,在世界范圍內人們也對材料發生氫脆的微觀機理進行了不懈探索,但截至目前仍沒有達成共識。對此,實驗室聚焦于長期困擾工業界和學術界的氫脆問題,在氫致材料脆性機理方面取得重要進展,顛覆了人們近30年來對這一問題的認知,對氫脆的預防起到了積極的指導意義。
     
    科學研究的最終目的是為了更好地造福人類。近年來,實驗室通過自身的實際行動,努力踐行立足重大需求、心系國計民生的目標理念,陸續在霧霾顆粒成分、形貌、尺寸及潛在危害,金屬鎂研究及應用等領域攻堅克難,取得了一系列突破性進展。
     
    開放創新
     
    一個世界級的研究機構必然是一個高度開放的研究機構。深諳這一道理的實驗室與國內外知名學者、高校、科研機構以及企業開展了多種形式的合作與交流,將“開放、流動、聯合、競爭”的建設方針貫徹到底。
     
    2006年,作為組委會主席,實驗室主任孫軍教授在西安成功主持召開了近千名中外代表匯聚一堂的第十四屆國際材料強度大會,這也是這一國際盛會首次“花落”中國。此外,自2010年開始,實驗室每年都會舉辦 “微納尺度材料性能系列國際研討會”,邀請領域內國際知名專家和學者一同討論學術前沿,分享研究心得。
     
    同時,實驗室成員的學術聲音也通過會議報告和訪問交流等多種途徑,傳遞到國際學術圈,在世界舞臺上發出了“中國最強音”。
     
    2013年,孫軍教授受邀在第13屆國際斷裂大會和第10屆中國材料大會開幕式作特邀報告;任曉兵教授在2013年德國杜伊斯堡專題討論會和2014年國際馬氏體會議上就自己提出的“應變玻璃相變”新概念作了專題報告;2013年,李巨教授、單智偉教授和馬恩教授提出的彈性應變工程專題會議,在美國材料研究學會年度會議上引起廣泛關注。
     
    若回溯實驗室的歷史,可以追溯到1963年成立的金屬材料及強度研究室。半個多世紀以來,實驗室一代代材料人不忘初心,牢記使命,發揚老一輩傳承下來的求真務實的科研精神,在持續深入和擴展研究的同時,也在不斷開拓新的研究領域,始終致力于提升實驗室的研究能力和影響力,引領材料力學行為研究的發展!
     
    (作者單位為西安交通大學)
     
    《科學新聞》 (科學新聞2018年7月刊 實驗室)
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