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北京工業(yè)大學(xué)首篇Science論文!

來(lái)源:北京工業(yè)大學(xué)      2022-03-18
導(dǎo)讀:3月18日,國(guó)際頂級(jí)期刊《Science》刊發(fā)了以北京工業(yè)大學(xué)材料與制造學(xué)部王立華與美國(guó)佐治亞理工學(xué)院張寅為共同第一作者,北京工業(yè)大學(xué)材料與制造學(xué)部韓曉東教授、美國(guó)佐治亞理工學(xué)院朱廷教授以及北京工業(yè)大學(xué)原副校長(zhǎng)、浙江大學(xué)張澤院士為通訊作者的研究論文,這是北京工業(yè)大學(xué)以第一完成單位在《Science》上發(fā)表的首篇論文,標(biāo)志著學(xué)校在晶界滑動(dòng)塑性的原子機(jī)制方面取得了重要研究成果。

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3月18日,國(guó)際頂級(jí)期刊《Science》刊發(fā)了以北京工業(yè)大學(xué)材料與制造學(xué)部王立華與美國(guó)佐治亞理工學(xué)院張寅為共同第一作者,北京工業(yè)大學(xué)材料與制造學(xué)部韓曉東教授、美國(guó)佐治亞理工學(xué)院朱廷教授以及北京工業(yè)大學(xué)原副校長(zhǎng)、浙江大學(xué)張澤院士為通訊作者的研究論文——《Tracking the sliding of grain boundaries at the atomic scale》(原子尺度追蹤晶界滑動(dòng))(Science,DOI:10.1126/science.abm2612),這是北京工業(yè)大學(xué)以第一完成單位在《Science》上發(fā)表的首篇論文,標(biāo)志著學(xué)校在晶界滑動(dòng)塑性的原子機(jī)制方面取得了重要研究成果。

晶體是應(yīng)用最廣泛的材料體系,結(jié)構(gòu)相同而取向不同的晶體相互連接的界面稱為晶界。晶界是多晶材料的基本結(jié)構(gòu)單元,其塑性行為直接影響多晶材料的強(qiáng)度、韌性等關(guān)鍵力學(xué)性能。晶界滑動(dòng)是多晶材料中重要的塑性變形機(jī)制,幾十年來(lái),盡管研究者使用各種方法研究晶界的塑性變形機(jī)制,但晶界滑移的原子機(jī)制仍不清楚。其主要原因在于缺乏有效的實(shí)驗(yàn)方法和科學(xué)儀器,使得跟蹤變形過(guò)程中晶界處的原子運(yùn)動(dòng)極其困難。理論模型和模擬針對(duì)一些特殊的重合位置點(diǎn)陣晶界(高對(duì)稱晶界)進(jìn)行了研究,雖然為理解晶界塑性變形的原子機(jī)制提供了重要參考,但由于缺乏直接的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)證據(jù),晶界滑動(dòng)塑性的原子機(jī)制仍存在很多不確定性,甚至矛盾之處。

對(duì)此,北京工業(yè)大學(xué)材料與制造學(xué)部韓曉東教授課題組與浙江大學(xué)張澤院士團(tuán)隊(duì)、佐治亞理工學(xué)院朱廷教授等團(tuán)隊(duì)合作,利用北京工業(yè)大學(xué)固體所原創(chuàng)的原子分辨原位力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究裝置(目前實(shí)現(xiàn)專利轉(zhuǎn)化百實(shí)創(chuàng)),首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)普通晶界滑移過(guò)程的直接的原子尺度動(dòng)態(tài)研究,揭示出常溫下晶界滑移是通過(guò)原子尺度的直接滑動(dòng)與原子短程擴(kuò)散相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)。這種原子之間的直接滑動(dòng)提供滑移方向上的位移,而原子短程擴(kuò)散協(xié)調(diào)滑動(dòng)導(dǎo)致的應(yīng)力集中,可有效避免空洞、裂紋產(chǎn)生,實(shí)現(xiàn)大塑性。研究發(fā)現(xiàn)在晶界滑移過(guò)程中,晶界原子陣列合并消失、分裂出新原子陣列、原子遷移并插入晶體內(nèi)部等多種新型的擴(kuò)散機(jī)制,這些機(jī)制在之前的理論中尚未被預(yù)測(cè),更新了人們對(duì)晶界滑移原子機(jī)制的認(rèn)知。同時(shí),基于大量研究,團(tuán)隊(duì)還揭示出原子擴(kuò)散

容易從高原子密度區(qū)域向低密度處擴(kuò)散、從壓應(yīng)變區(qū)域向拉應(yīng)變擴(kuò)散的規(guī)律,解決了長(zhǎng)期困擾該領(lǐng)域的科學(xué)難題。該研究展示了原子分辨的原位力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究晶界變形機(jī)制的巨大潛力,并為原子分辨的實(shí)驗(yàn)和理論模型之間的信息互補(bǔ)提供了新的機(jī)遇。

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論文鏈接:https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm2612

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第一作者:王立華,北京工業(yè)大學(xué)研究員,博士生導(dǎo)師,國(guó)家優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者

2012年獲得北京工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位。2015?2017年,獲得澳大利亞政府資助(Discovery Early Career Researcher Award),在昆士蘭大學(xué)(全球排名前50)從事博士后研究工作。入選北京市卓越青年科學(xué)家計(jì)劃、北京市科技新星、霍英東青年教師基金等人才計(jì)劃。長(zhǎng)期從事“原子尺度下材料力學(xué)行為的原位實(shí)驗(yàn)研究”,在該領(lǐng)域突破多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)瓶頸,形成特色。發(fā)表論文70余篇,包括Science 1篇,Nat. Commun. 5篇,Phys. Rev. Lett. 2篇,Nano Lett. 4篇,Acta Mater. 4篇,ACS Nano 4篇,Scripta Mater. 6篇等,獲批專利4項(xiàng)。獲2020年度國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)(排名第三),2016年北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)(排名第五),北京市卓越青年科學(xué)家計(jì)劃,郭可信優(yōu)秀青年學(xué)子獎(jiǎng)等。承擔(dān)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題、國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金、國(guó)家自然科學(xué)基金面上等10多項(xiàng)國(guó)家及省部級(jí)項(xiàng)目。

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通訊作者:張澤,北京工業(yè)大學(xué)原副校長(zhǎng),中國(guó)科學(xué)院院士

張澤院士長(zhǎng)期從事先進(jìn)材料的電子顯微結(jié)構(gòu)研究,獲中國(guó)青年科學(xué)家獎(jiǎng)、求是杰出青年獎(jiǎng)、何梁何利獎(jiǎng)等10余項(xiàng),獲1986年國(guó)家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。近20年,針對(duì)國(guó)家重大需求的結(jié)構(gòu)材料,引領(lǐng)團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)并原創(chuàng)發(fā)展了電子顯微學(xué)原位實(shí)驗(yàn)力學(xué)技術(shù),跨亞埃(原子分辨)至宏觀(厘米以上尺寸)尺度,跨溫區(qū)(室溫)至1250度,部分性能指標(biāo)居國(guó)際領(lǐng)先水平,引領(lǐng)相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展;進(jìn)一步,創(chuàng)新發(fā)展原子分辨環(huán)境電子顯微學(xué)技術(shù);發(fā)展高空間分辨螺旋電子束顯微學(xué)技術(shù)。在材料的原位結(jié)構(gòu)演變和使役性能關(guān)聯(lián)的領(lǐng)域取得了系列重要?jiǎng)?chuàng)新性成果,率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)獲國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)(2021)。

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通訊作者:韓曉東,北京工業(yè)大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師,國(guó)家杰出青年科學(xué)基金獲得者

韓曉東教授長(zhǎng)期從事材料力學(xué)行為及原子層次機(jī)理等本領(lǐng)域的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題研究及相關(guān)方法學(xué)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)攻關(guān)。團(tuán)隊(duì)原創(chuàng)發(fā)展了系列材料力學(xué)行為的原子層次原位動(dòng)態(tài)表征方法,系統(tǒng)地將材料力學(xué)行為表征技術(shù)的空間分辨率由納米提高至皮米尺度。團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和國(guó)際領(lǐng)先的力熱(電)耦合MEMS芯片、透射電子顯微鏡力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀、多通道電學(xué)信號(hào)傳輸電路板等核心部件及配套應(yīng)用分析軟件。團(tuán)隊(duì)取得系列重要研究成果,關(guān)鍵技術(shù)獲國(guó)內(nèi)外授權(quán)專利33項(xiàng),其中美國(guó)專利3項(xiàng),國(guó)際PCT專利1項(xiàng),中國(guó)發(fā)明專利27項(xiàng)。團(tuán)隊(duì)獲國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)(2021),2016年北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng),北京市創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)特別貢獻(xiàn)獎(jiǎng)等。發(fā)表論文Science,Nature Mater.,Nature Comm.,Nano Lett,Phys Rev Lett,Acta Mater等高水平論文230余篇;承擔(dān)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目,國(guó)家重大科研儀器設(shè)備研制專項(xiàng)課題、國(guó)家自然科學(xué)基金委航空發(fā)動(dòng)機(jī)重大研究計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目、科學(xué)儀器基礎(chǔ)研究專項(xiàng)等。培養(yǎng)2名全國(guó)百篇優(yōu)秀博士學(xué)位論文獎(jiǎng)及提名獎(jiǎng),北京市優(yōu)秀博士學(xué)位論文獎(jiǎng)4項(xiàng)。


參考資料:https://mp.weixin.qq.com/s/MSLw6k3YMTVgTa0kTzJ-Lw

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