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