立足原始創(chuàng)新,面向?qū)W術(shù)前沿
——金屬材料強(qiáng)度國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(西安交通大學(xué))

金屬材料強(qiáng)度國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的前身是1963年高教部和國家科委批準(zhǔn)成立的西安交通大學(xué)金屬材料及強(qiáng)度研究室,1981年改成西安交通大學(xué)金屬材料強(qiáng)度研究所,1985年國家教委又批準(zhǔn)成立西安交通大學(xué)金屬材料強(qiáng)度部門開放實(shí)驗(yàn)室,1990年利用世界銀行貸款進(jìn)行建設(shè),1995年4月通過國家驗(yàn)收成為國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,并面向國內(nèi)外開放。實(shí)驗(yàn)室分別于1997年、2003年、2008年3次以良好的成績通過科技部組織的國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室評估。

實(shí)驗(yàn)室依托于西安交通大學(xué),學(xué)科基礎(chǔ)是首批一級國家重點(diǎn)學(xué)科:材料科學(xué)與工程,含材料學(xué)、材料加工工程、材料物理與化學(xué)、材料服役工程安全學(xué)共4個二級學(xué)科,并與凝聚態(tài)物理固體力學(xué)、無機(jī)化學(xué)等多學(xué)科相交叉,是一個材料科學(xué)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究、聚集和培養(yǎng)優(yōu)秀材料科技人才、開展高水平學(xué)術(shù)交流、裝備先進(jìn)科研設(shè)施的重要基地。實(shí)驗(yàn)室設(shè)有材料性能與結(jié)構(gòu)分析測試中心,擁有非常完備的材料制備、性能測試、分析表征等手段和系統(tǒng)。并依托實(shí)驗(yàn)室成立了納米薄膜與生物材料、多學(xué)科材料和微納米尺度材料行為3個研究中心。實(shí)驗(yàn)室在國家和西安交通大學(xué)的大力支持下,經(jīng)過全室人員的共同努力,近年來實(shí)驗(yàn)室在整體規(guī)模、隊伍建設(shè)、條件建設(shè)和科研水平方面都得到了很大的提高。

科研隊伍與研究特色

金屬材料強(qiáng)度國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室把建設(shè)一支結(jié)構(gòu)合理、人員精干的高水平科研隊伍放在重要位置,特別強(qiáng)調(diào)對優(yōu)秀中青年人才的吸引、選拔與培養(yǎng),進(jìn)一步完善人才引進(jìn)、遴選、培養(yǎng)等競爭激勵機(jī)制,使得實(shí)驗(yàn)室在匯聚了一批優(yōu)秀中青年學(xué)術(shù)帶頭人的同時,培養(yǎng)了一支以具有博士學(xué)位年輕教師為主的科技隊伍。實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有固定人員49名,其中中國工程院院士1名,國家千人計劃入選者2名,教授28名。具有博士學(xué)位的人員占總?cè)藬?shù)的85.7%,50歲以下中青年研究人員超過70%。實(shí)驗(yàn)室十分重視引進(jìn)優(yōu)秀留學(xué)人員來室工作,先后吸納美、日、英等國的優(yōu)秀人才6名。實(shí)驗(yàn)室50歲以下的優(yōu)秀中青年人才包括長江學(xué)者4名,國家杰出青年科學(xué)基金獲得者4名,國家“973”計劃項目首席科學(xué)家1名,國家科技二等獎第一獲獎人4名,教育部跨/新世紀(jì)人才15名。實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)任主任由孫軍教授擔(dān)任,學(xué)術(shù)委員會主任由周廉院士擔(dān)任。實(shí)驗(yàn)室共有27人兼任各種學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的委員、理事、理事長、學(xué)術(shù)期刊編委等職務(wù)。

金屬材料強(qiáng)度國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的總體研究方向和特色是以力學(xué)性能為主要指標(biāo)的材料設(shè)計和工藝優(yōu)化。即著重于研究材料的力學(xué)服役行為及其與制備工藝、成分、結(jié)構(gòu)、性能等的相互關(guān)系;在此基礎(chǔ)上,研究不同服役條件下材料的合理力學(xué)性能評價指標(biāo)和判據(jù),并將其用于指導(dǎo)獲得最佳服役效果的材料成分設(shè)計和制備工藝技術(shù)。實(shí)驗(yàn)室的研究重點(diǎn)為根據(jù)材料的服役行為和使用要求,提煉表征材料基本屬性的性能參量,研究恰當(dāng)?shù)脑u價方法和判據(jù)指標(biāo),把握材料成分、組織、性能三者關(guān)系,在實(shí)際應(yīng)用中檢驗(yàn)并反饋于材料設(shè)計和工藝優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)室目前有以下4個主要研究方向:材料力學(xué)行為的表征與評價,表層與界面材料及性能表征,高性能材料及其應(yīng)用,嚴(yán)酷工況下材料服役性能。這4個研究方向,從基礎(chǔ)研究、到關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用,構(gòu)成了一個內(nèi)在聯(lián)系緊密的有機(jī)整體?；A(chǔ)研究瞄準(zhǔn)學(xué)科前沿和高水平國際合作與交流,促進(jìn)學(xué)科發(fā)展;關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用研究,服務(wù)于國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)的重大需求,充分體現(xiàn)了基于已有學(xué)術(shù)傳統(tǒng)的國際學(xué)科前沿與國家目標(biāo)的統(tǒng)一。

研究成果與科研裝備

金屬材料強(qiáng)度國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在堅持原有研究特色和方向的基礎(chǔ)上,不斷地追求和探索新的學(xué)科領(lǐng)域和研究方向,強(qiáng)化學(xué)科和科學(xué)研究的交叉與融合,堅持科學(xué)研究的前沿性、創(chuàng)新性、系統(tǒng)性和深入性。2003～2008年間,實(shí)驗(yàn)室共承擔(dān)各類科研課題354項,科研總經(jīng)費(fèi)6180萬元(實(shí)際到款數(shù)),其中國家“973計劃”項目11項(作為首席科學(xué)家單位主持1項),國家“863計劃”12項(作為項目負(fù)責(zé)人單位主持重點(diǎn)項目1項),國家攻關(guān)計劃項目1項,國家杰出青年科學(xué)基金、國家自然科學(xué)基金杰出青年基金、重點(diǎn)項目和面上項目等各類項目54項、國際合作項目25項(含國家自然科學(xué)基金重大國際合作項目2項,國家外專局、教育部首批“111”引智計劃項目1項),橫向協(xié)作196項。在以下幾方面研究取得重要進(jìn)展:①建立了多尺度特征微觀結(jié)構(gòu)對金屬材料力學(xué)性能耦合影響的物理模型,提出了多重結(jié)構(gòu)設(shè)計的強(qiáng)韌化方法并在鋁合金和鉬合金中得到應(yīng)用;②提出了薄膜界面動態(tài)結(jié)合強(qiáng)度概念及表征參量,建立了薄膜屈服強(qiáng)度的理論,研制出具有完全知識產(chǎn)權(quán)的等離子化學(xué)氣相沉積薄膜材料工業(yè)設(shè)備;③提出了高溫抗磨材料組相的高溫穩(wěn)定性協(xié)同控制新概念,發(fā)明了多元微合金化實(shí)現(xiàn)高鉻鑄鐵碳化物與基體組織高溫穩(wěn)定性協(xié)調(diào)配合的方法,大幅度提高了高溫抗磨材料的使用壽命;④提出了高性能高壓開關(guān)銅鉻觸頭材料綜合性能優(yōu)化和設(shè)計原則,闡明了殘余碳對觸頭綜合電性能影響機(jī)理,解決了我國中高壓真空開關(guān)觸頭材料長期依賴進(jìn)口的難題;⑤建立了熱噴涂涂層性能與層狀結(jié)構(gòu)參量之間的關(guān)系,提出了噴涂粒子高速碰撞沉積機(jī)制模型及其基本規(guī)律,得到學(xué)術(shù)界的廣泛認(rèn)同。上述重要的研究進(jìn)展和成果先后榮獲包括國家和省部級科技獎勵數(shù)10項,其中2005至2008年連續(xù)以第一獲獎單位分別獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎2項,國家科技進(jìn)步獎和國家自然科學(xué)二等獎各1項。五年來獲國家發(fā)明專利66項;發(fā)表的論文被SCI收錄的有672篇,其中單篇他引頻次最高的為46次,在影響因子為3以上的雜志發(fā)表的論文就有44篇,包括Nature Materials材料科學(xué)領(lǐng)域國際主流學(xué)術(shù)刊物1篇、Phys RevLett 1篇、App PhysLett 11篇、Acta Materialia 9篇Phys RevB 4篇等,學(xué)術(shù)論文的影響力日益增強(qiáng)。特別是孫軍教授等完成的“孿晶變形的強(qiáng)烈晶體尺寸效應(yīng)”一文,發(fā)表于2010年1月21日出版的《Nature》雜志,在材料力學(xué)行為尺度效應(yīng)的研究方面取得突破性進(jìn)展。

金屬材料強(qiáng)度國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在“211”工程和“985工程”支持下,積極推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室硬件條件建設(shè),近5年來先后向?qū)嶒?yàn)室投入3800萬元,購置了JEM-2100F高分辨透射電鏡(668萬元)、JEM-6700F場發(fā)射掃描電鏡(250萬元)、UH VDS M-II超高真空沉積和成分應(yīng)力測量系統(tǒng)(580萬元)、PAS-III等離子活化快速燒結(jié)爐(276萬元)、X’Pert Pro型X射線衍射儀和SF M-III應(yīng)力儀(360萬元)、NanoXP納米壓入儀(270萬元)、MTS Tytron 250微小力試驗(yàn)機(jī)(140萬元)等設(shè)備,建立起良好的科研環(huán)境,具備有較完整的從材料合成、組織結(jié)構(gòu)分析、性能測試到計算模擬的各種能力。實(shí)驗(yàn)室重視有研究特色的重要裝備自主研制和開發(fā),如PCVD脈沖等離子氣相沉積設(shè)備(獲國家863計劃資助并通過驗(yàn)收)、霍爾源激勵磁控濺射增強(qiáng)型多弧離子沉積設(shè)備(獲2004年國家攻關(guān)計劃資助并通過驗(yàn)收)、大功率微弧氧化設(shè)備(獲2006年國家863計劃資助)等均為實(shí)驗(yàn)室自主研制的。同時,實(shí)驗(yàn)室注重對大型分析測試儀器的新功能開發(fā),如在“納米壓入儀”上附加了循環(huán)疲勞加載軟件與裝置,用于研究材料的介觀性能和尺度效應(yīng);在“掃描電鏡”上設(shè)計并附加了熱循環(huán)加載裝置,用于研究金屬薄膜的熱應(yīng)力循環(huán)疲勞壽命;在“UHVDS M-II超高真空沉積和成分應(yīng)力測量系統(tǒng)”上設(shè)計并附加了抗電遷移裝置,提高了成分應(yīng)力測量精度;在“微力試驗(yàn)機(jī)”上設(shè)計并附加了力、電、熱多場靜加載與循環(huán)加載裝置,用于研究金屬薄膜的力學(xué)性能。為了確保儀器設(shè)備的良好運(yùn)行,實(shí)驗(yàn)室還配備有一支高素質(zhì)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)隊伍,專門負(fù)責(zé)大型精密設(shè)備的使用,并積極面向社會開放,其中大型分析測試儀器的共享率在40%～50%。

對外開放與學(xué)術(shù)交流

按照國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放、流動、聯(lián)合與競爭的運(yùn)行機(jī)制,利用設(shè)備及技術(shù)上的優(yōu)勢,實(shí)驗(yàn)室通過實(shí)行對外開放課題和訪問學(xué)者制度,吸引國內(nèi)外高水平研究人員來實(shí)驗(yàn)室開展合作研究。同時十分注重與國內(nèi)外企業(yè)的合作,承擔(dān)國內(nèi)外企業(yè)、學(xué)校和科研單位的材料科學(xué)研究、性能檢測及結(jié)構(gòu)分析等工作。積極向國內(nèi)外研究人員開放,設(shè)立實(shí)驗(yàn)室開放課題基金,面向國內(nèi)外學(xué)者發(fā)布項目申請指南,吸引和聚集國內(nèi)外高水平知名科學(xué)家和學(xué)者來實(shí)驗(yàn)室開展實(shí)質(zhì)性合作研究或?qū)W術(shù)交流。自1995年對外開放以來,實(shí)驗(yàn)室先后設(shè)立開放課題14批,有34位來自美、日、歐洲等國家和地區(qū)著名研究機(jī)構(gòu)的優(yōu)秀研究人員來室工作。實(shí)驗(yàn)室人員積極參與國內(nèi)外學(xué)術(shù)交流,近5年來參加國際會議超過100人次、國內(nèi)會議超過200人次、出國講學(xué)20人次,6人次在國際重要學(xué)術(shù)會議作大會特邀報告。實(shí)驗(yàn)室先后成功舉辦了包括“第十四屆國際材料強(qiáng)度大會”和“第七屆國際殘余應(yīng)力會議”在內(nèi)的多次全球性和全國性學(xué)術(shù)會議,其中2006年召開的“第十四屆國際材料強(qiáng)度大會”是材料強(qiáng)度學(xué)界最權(quán)威的國際會議,始創(chuàng)于1967年,每三年舉辦一次,這是第一次在中國召開,有220余位境外代表參會,包括許多該領(lǐng)域的國際著名權(quán)威學(xué)者。

金屬材料強(qiáng)度國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室注重邀請國外知名教授來本室講學(xué),近5年來共有來自日本國立物質(zhì)材料研究院美國標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所、美國LosAlamos國家實(shí)驗(yàn)室、美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室、韓國工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所、美國麻省理工學(xué)院、美國密歇根大學(xué)、美國Akron大學(xué)、美國俄亥俄州立大學(xué)、美國賓夕法尼亞大學(xué)、美國約翰霍普金斯、日本東京大學(xué)、日本筑波大學(xué)、日本東北大學(xué)、日本大阪大學(xué)、日本豐橋科技大學(xué)、日本信州大學(xué)、德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)、德國哥廷根大學(xué)、德國Darmstadt工業(yè)大學(xué)、丹麥瑞瑟可再生能源國家實(shí)驗(yàn)室、西班牙巴塞羅那大學(xué)、加拿大多倫多大學(xué)、西澳大利亞大學(xué)、韓國國立慶尚大學(xué)、韓國漢陽大學(xué)、韓國鮮文大學(xué)、香港大學(xué)等國際著名大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)的學(xué)術(shù)大師及著名學(xué)者45人次來實(shí)驗(yàn)室講學(xué)。國際表面工程權(quán)威專家、英國皇家學(xué)會院士、中國工程院外籍院士Tom Bell教授應(yīng)邀來實(shí)驗(yàn)室長期工作,在實(shí)驗(yàn)室組建了表面工程國際研發(fā)中心,這是外籍院士到中國全職工作的第一人。國際馬氏體相變權(quán)威專家、日本筑波大學(xué)Otsuka教授應(yīng)邀來實(shí)驗(yàn)室長期工作,與任曉兵教授共同組建了多學(xué)科材料研究中心;加拿大McMaster大學(xué)終身教授、美國工程院院士Embury,加拿大多倫多大學(xué)王執(zhí)銳和女王大學(xué)終身教授Boyd均應(yīng)邀來實(shí)驗(yàn)室工作,為實(shí)驗(yàn)室研究生主講“材料力學(xué)行為”課程和“疲勞與斷裂”等學(xué)位。此外,實(shí)驗(yàn)室還建立了與國外研究機(jī)構(gòu)合作和聯(lián)合培養(yǎng)制度。與日本國立物質(zhì)材料研究院聯(lián)合建立“多學(xué)科材料研究中心”和研究生聯(lián)合培養(yǎng)項目。這是一個致力于學(xué)科交叉融合的“科研特區(qū)型”材料研究機(jī)構(gòu),旨在推進(jìn)中國的跨學(xué)科材料研究及培養(yǎng)國際水準(zhǔn)的科學(xué)研究人才。雙方合作成果十分顯著,已初步形成一個國際合作、開放性的學(xué)科創(chuàng)新基地。

學(xué)生培養(yǎng)與人才引進(jìn)

金屬材料強(qiáng)度國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室擁有一支高素質(zhì)的研究生導(dǎo)師隊伍,承擔(dān)培養(yǎng)研究人才的任務(wù)。他們高度重視學(xué)生培養(yǎng),建立了完善的研究生管理制度,為研究生創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)和研究工作環(huán)境,保證了研究生的質(zhì)量。研究生作為科研一線的生力軍,積極參加實(shí)驗(yàn)室重大科研項目和實(shí)驗(yàn)室大型實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的管理。實(shí)驗(yàn)室還選派優(yōu)秀博士生到國外聯(lián)合培養(yǎng),積極鼓勵和支持研究生出國、出境參加國際學(xué)術(shù)會議,為研究生的成長和發(fā)展提供了良好的對外交流和學(xué)習(xí)機(jī)會。吸引了全國各地莘莘學(xué)子慕名報考,招生規(guī)模和質(zhì)量穩(wěn)步提高。目前實(shí)驗(yàn)室在校研究生人數(shù)達(dá)393人,其中博士研究生183人,碩士研究生210人。

根據(jù)金屬材料強(qiáng)度國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室長期發(fā)展規(guī)劃中的總體部署,實(shí)驗(yàn)室積極加強(qiáng)體系建設(shè)和體制創(chuàng)新,拓展和培育前沿交叉學(xué)科,優(yōu)化隊伍結(jié)構(gòu),加強(qiáng)學(xué)術(shù)梯隊建設(shè),積極引進(jìn)高層次科研人才。實(shí)驗(yàn)室一方面根據(jù)西安交通大學(xué)“高層次人才計劃”的相關(guān)政策,并與“211工程”建設(shè)項目緊密結(jié)合,每年列支一定經(jīng)費(fèi)作為高層次人才引進(jìn)基金并給予相關(guān)的配套政策,提供一流的工作條件,獲得啟動基金,配備梯隊人員,解決有關(guān)辦公及實(shí)驗(yàn)條件等問題。另一方面通過設(shè)立主任扶持基金、實(shí)施優(yōu)秀博士畢業(yè)生準(zhǔn)入機(jī)制從優(yōu)秀博士畢業(yè)生中選留人才以及高影響力論文獎勵機(jī)制、選送青年骨干到國外著名研究機(jī)構(gòu)進(jìn)修或合作研究等措施,使一批青年教師迅速成長,并涌現(xiàn)出一批優(yōu)秀中青年學(xué)術(shù)帶頭人和學(xué)術(shù)骨干。此外,通過完善考核激勵政策,對取得優(yōu)秀的科研成果給予激勵。努力做到人盡其才,適得其所,共同發(fā)展。通過組織定期及不定期的學(xué)術(shù)交流給科研人員提供交流和合作的平臺,形成良好健康的學(xué)術(shù)氛圍和學(xué)術(shù)土壤。

金屬材料強(qiáng)度國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室作為目前我國材料科學(xué)領(lǐng)域惟一的以材料力學(xué)行為研究為主的國家級實(shí)驗(yàn)室,在材料強(qiáng)度領(lǐng)域開展基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究的同時,志存高遠(yuǎn),把握學(xué)科發(fā)展趨勢,積極開拓新的研究領(lǐng)域,努力將實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成代表我國材料力學(xué)行為研究水平的自主創(chuàng)新、人才培養(yǎng)、學(xué)術(shù)交流的重要基地和國際學(xué)術(shù)交流與高水平合作研究中心。有志于從事材料研究的海內(nèi)外優(yōu)秀人才,也正在“精勤敦篤,果毅忠恕”的西安交通大學(xué)校園施展著才華。2005,21(4):378-382.

(本刊通訊員)

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