立足原始創(chuàng)新,面向?qū)W術(shù)前沿
——金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(西安交通大學(xué))
金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的前身是1963年高教部和國(guó)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(guó)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(mén)開(kāi)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(guò)國(guó)家驗(yàn)收成為國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,并面向國(guó)內(nèi)外開(kāi)放。實(shí)驗(yàn)室分別于1997年、2003年、2008年3次以良好的成績(jī)通過(guò)科技部組織的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室評(píng)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(jí)國(guó)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(gè)二級(jí)學(xué)科,并與凝聚態(tài)物理固體力學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)等多學(xué)科相交叉,是一個(gè)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(kāi)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(cè)試中心,擁有非常完備的材料制備、性能測(cè)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(gè)研究中心。實(shí)驗(yàn)室在國(guó)家和西安交通大學(xué)的大力支持下,經(jīng)過(guò)全室人員的共同努力,近年來(lái)實(shí)驗(yàn)室在整體規(guī)模、隊(duì)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。
金屬材料強(qiáng)度國(guó)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(duì)伍放在重要位置,特別強(qiáng)調(diào)對(duì)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(jìng)爭(zhēng)激勵(lì)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(shí),培養(yǎng)了一支以具有博士學(xué)位年輕教師為主的科技隊(duì)伍。實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有固定人員49名,其中中國(guó)工程院院士1名,國(guó)家千人計(jì)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(guò)70%。實(shí)驗(yàn)室十分重視引進(jìn)優(yōu)秀留學(xué)人員來(lái)室工作,先后吸納美、日、英等國(guó)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(zhǎng)江學(xué)者4名,國(guó)家杰出青年科學(xué)基金獲得者4名,國(guó)家“973”計(jì)劃項(xiàng)目首席科學(xué)家1名,國(guó)家科技二等獎(jiǎng)第一獲獎(jiǎng)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(huì)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(zhǎng)、學(xué)術(shù)期刊編委等職務(wù)。
金屬材料強(qiáng)度國(guó)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(jì)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(píng)價(jià)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(jì)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(píng)價(jià)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(jì)和工藝優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)室目前有以下4個(gè)主要研究方向:材料力學(xué)行為的表征與評(píng)價(jià),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(gè)研究方向,從基礎(chǔ)研究、到關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用,構(gòu)成了一個(gè)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(guó)際合作與交流,促進(jìn)學(xué)科發(fā)展;關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用研究,服務(wù)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)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(guó)際學(xué)科前沿與國(guó)家目標(biāo)的統(tǒng)一。
金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在堅(jiān)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(jiān)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(xiàng),科研總經(jīng)費(fèi)6180萬(wàn)元(實(shí)際到款數(shù)),其中國(guó)家“973計(jì)劃”項(xiàng)目11項(xiàng)(作為首席科學(xué)家單位主持1項(xiàng)),國(guó)家“863計(jì)劃”12項(xiàng)(作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人單位主持重點(diǎn)項(xiàng)目1項(xiàng)),國(guó)家攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目1項(xiàng),國(guó)家杰出青年科學(xué)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金杰出青年基金、重點(diǎn)項(xiàng)目和面上項(xiàng)目等各類項(xiàng)目54項(xiàng)、國(guó)際合作項(xiàng)目25項(xiàng)(含國(guó)家自然科學(xué)基金重大國(guó)際合作項(xiàng)目2項(xiàng),國(guó)家外專局、教育部首批“111”引智計(jì)劃項(xiàng)目1項(xiàng)),橫向協(xié)作196項(xiàng)。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(duì)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(jì)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(dòng)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(shí)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(kāi)關(guān)銅鉻觸頭材料綜合性能優(yōu)化和設(shè)計(jì)原則,闡明了殘余碳對(duì)觸頭綜合電性能影響機(jī)理,解決了我國(guó)中高壓真空開(kāi)關(guān)觸頭材料長(zhǎng)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(guó)家和省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)數(shù)10項(xiàng),其中2005至2008年連續(xù)以第一獲獎(jiǎng)單位分別獲得國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)2項(xiàng),國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)和國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)各1項(xiàng)。五年來(lái)獲國(guó)家發(fā)明專利66項(xiàng);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(guó)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(guó)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(lái)先后向?qū)嶒?yàn)室投入3800萬(wàn)元,購(gòu)置了JEM-2100F高分辨透射電鏡(668萬(wàn)元)、JEM-6700F場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(250萬(wàn)元)、UH VDS M-II超高真空沉積和成分應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)(580萬(wàn)元)、PAS-III等離子活化快速燒結(jié)爐(276萬(wàn)元)、X’Pert Pro型X射線衍射儀和SF M-III應(yīng)力儀(360萬(wàn)元)、NanoXP納米壓入儀(270萬(wàn)元)、MTS Tytron 250微小力試驗(yàn)機(jī)(140萬(wàn)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(cè)試到計(jì)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(kāi)發(fā),如PCVD脈沖等離子氣相沉積設(shè)備(獲國(guó)家863計(jì)劃資助并通過(guò)驗(yàn)收)、霍爾源激勵(lì)磁控濺射增強(qiáng)型多弧離子沉積設(shè)備(獲2004年國(guó)家攻關(guān)計(jì)劃資助并通過(guò)驗(yàn)收)、大功率微弧氧化設(shè)備(獲2006年國(guó)家863計(jì)劃資助)等均為實(shí)驗(yàn)室自主研制的。同時(shí),實(shí)驗(yàn)室注重對(duì)大型分析測(cè)試儀器的新功能開(kāi)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(jì)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(cè)量系統(tǒng)”上設(shè)計(jì)并附加了抗電遷移裝置,提高了成分應(yīng)力測(cè)量精度;在“微力試驗(yàn)機(jī)”上設(shè)計(jì)并附加了力、電、熱多場(chǎng)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(duì)伍,專門(mén)負(fù)責(zé)大型精密設(shè)備的使用,并積極面向社會(huì)開(kāi)放,其中大型分析測(cè)試儀器的共享率在40%~50%。
按照國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放、流動(dòng)、聯(lián)合與競(jìng)爭(zhēng)的運(yùn)行機(jī)制,利用設(shè)備及技術(shù)上的優(yōu)勢(shì),實(shí)驗(yàn)室通過(guò)實(shí)行對(duì)外開(kāi)放課題和訪問(wèn)學(xué)者制度,吸引國(guó)內(nèi)外高水平研究人員來(lái)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展合作研究。同時(shí)十分注重與國(guó)內(nèi)外企業(yè)的合作,承擔(dān)國(guó)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(cè)及結(jié)構(gòu)分析等工作。積極向國(guó)內(nèi)外研究人員開(kāi)放,設(shè)立實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題基金,面向國(guó)內(nèi)外學(xué)者發(fā)布項(xiàng)目申請(qǐng)指南,吸引和聚集國(guó)內(nèi)外高水平知名科學(xué)家和學(xué)者來(lái)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展實(shí)質(zhì)性合作研究或?qū)W術(shù)交流。自1995年對(duì)外開(kāi)放以來(lái),實(shí)驗(yàn)室先后設(shè)立開(kāi)放課題14批,有34位來(lái)自美、日、歐洲等國(guó)家和地區(qū)著名研究機(jī)構(gòu)的優(yōu)秀研究人員來(lái)室工作。實(shí)驗(yàn)室人員積極參與國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)交流,近5年來(lái)參加國(guó)際會(huì)議超過(guò)100人次、國(guó)內(nèi)會(huì)議超過(guò)200人次、出國(guó)講學(xué)20人次,6人次在國(guó)際重要學(xué)術(shù)會(huì)議作大會(huì)特邀報(bào)告。實(shí)驗(yàn)室先后成功舉辦了包括“第十四屆國(guó)際材料強(qiáng)度大會(huì)”和“第七屆國(guó)際殘余應(yīng)力會(huì)議”在內(nèi)的多次全球性和全國(guó)性學(xué)術(shù)會(huì)議,其中2006年召開(kāi)的“第十四屆國(guó)際材料強(qiáng)度大會(huì)”是材料強(qiáng)度學(xué)界最權(quán)威的國(guó)際會(huì)議,始創(chuàng)于1967年,每三年舉辦一次,這是第一次在中國(guó)召開(kāi),有220余位境外代表參會(huì),包括許多該領(lǐng)域的國(guó)際著名權(quán)威學(xué)者。
金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室注重邀請(qǐng)國(guó)外知名教授來(lái)本室講學(xué),近5年來(lái)共有來(lái)自日本國(guó)立物質(zhì)材料研究院美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所、美國(guó)LosAlamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、韓國(guó)工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所、美國(guó)麻省理工學(xué)院、美國(guó)密歇根大學(xué)、美國(guó)Akron大學(xué)、美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)、美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)、美國(guó)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(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)、德國(guó)哥廷根大學(xué)、德國(guó)Darmstadt工業(yè)大學(xué)、丹麥瑞瑟可再生能源國(guó)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(guó)國(guó)立慶尚大學(xué)、韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)、韓國(guó)鮮文大學(xué)、香港大學(xué)等國(guó)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(lái)實(shí)驗(yàn)室講學(xué)。國(guó)際表面工程權(quán)威專家、英國(guó)皇家學(xué)會(huì)院士、中國(guó)工程院外籍院士Tom Bell教授應(yīng)邀來(lái)實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期工作,在實(shí)驗(yàn)室組建了表面工程國(guó)際研發(fā)中心,這是外籍院士到中國(guó)全職工作的第一人。國(guó)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(lái)實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)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(guó)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(lái)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(guó)外研究機(jī)構(gòu)合作和聯(lián)合培養(yǎng)制度。與日本國(guó)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(xiàng)目。這是一個(gè)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(guó)的跨學(xué)科材料研究及培養(yǎng)國(guó)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(gè)國(guó)際合作、開(kāi)放性的學(xué)科創(chuàng)新基地。
金屬材料強(qiáng)度國(guó)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(duì)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(xiàng)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(guó)外聯(lián)合培養(yǎng),積極鼓勵(lì)和支持研究生出國(guó)、出境參加國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議,為研究生的成長(zhǎng)和發(fā)展提供了良好的對(duì)外交流和學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。吸引了全國(guó)各地莘莘學(xué)子慕名報(bào)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)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(duì)伍結(jié)構(gòu),加強(qiáng)學(xué)術(shù)梯隊(duì)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(jì)劃”的相關(guān)政策,并與“211工程”建設(shè)項(xiàng)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(dòng)基金,配備梯隊(duì)人員,解決有關(guān)辦公及實(shí)驗(yàn)條件等問(wèn)題。另一方面通過(guò)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(jiǎng)勵(lì)機(jī)制、選送青年骨干到國(guó)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(zhǎng),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(guò)完善考核激勵(lì)政策,對(duì)取得優(yōu)秀的科研成果給予激勵(lì)。努力做到人盡其才,適得其所,共同發(fā)展。通過(guò)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(tái),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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室作為目前我國(guó)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(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)室,在材料強(qiáng)度領(lǐng)域開(kāi)展基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究的同時(shí),志存高遠(yuǎn),把握學(xué)科發(fā)展趨勢(shì),積極開(kāi)拓新的研究領(lǐng)域,努力將實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成代表我國(guó)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(guó)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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