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【陕西科技报】单智伟团队:深入研究“微纳尺度材料的性能”
来源:陕西科技报 日期 2018-06-08 08:50 点击:

核心提示:该研究取得多个世界领先的科研创新成果。项目成果推动成立了“陕西省镁基新材料工程研究中心”,助力陕西省镁产业的转型升级。

5月25日上午,在西安交通大学举行的科技成果新闻发布会上,另一项获2017年度陕西科技奖一等奖——《微纳尺度典型金属材料的力学特性及其内在机理》,对微纳尺度材料性能进行了系统研究,并取得多个世界领先的科研创新成果,也格外引人注目。

未来,其所开发的技术,会推动纳米科技产业的极大发展,尤其是会在国计民生领域得到“奇妙”应用。

研究成果三大创新点

该成果的研究团队成员来自西安交大材料科学与工程学院,包括单智伟、王章洁、田琳、刘博宇和汪承材。项目负责人单智伟教授,教育部“长江学者”特聘教授,国家杰出青年基金获得者,人社部百千万人才工程入选者。现任材料科学工程学院院长,西安交通大学金属材料强度国家重点实验室副主任。

什么是微纳尺度?1微米是千分之一毫米,1纳米又是千分之一微米。刘博宇博士在发布会上形象地介绍,人的一根头发丝的直径约为数十微米,那么微纳尺度下的研究就是要在比一根头发丝还要小几十上百倍的空间里开展的研究。

“本项目属于材料科学的基础研究领域。在微纳尺度下,材料的各项性能会发生剧烈改变,尽管宏观世界的力学理论已得到了充分的发展,但迄今为止并没有成熟的理论体系来描述微纳尺度材料的力学特性及内在机理。”刘博宇说。近年来,社会发展对功能器械小型化的需求越来越强劲,这就要求材料科学家尽快建立起微纳尺度材料结构与性能的理论知识体系。但是,由于微纳尺度材料的性能不能通过外推相对成熟的宏观规律得到,且缺乏必要的测试仪器和定量表征方法,使得本领域的工作充满了挑战性。

项目组成员研制和发展了一系列电子显微镜下的原位、动态和定量的纳米力学测试技术,对数种典型的金属材料开展系统研究,一方面系统研究了典型金属材料在微纳尺度下的力学特性及其潜在的物理机理,另一方根据其塑性变形机理提出了有针对性的强韧化策略;所开发的技术也在涉及国计民生的领域得到应用并取得了很好的社会效果。

研究团队通过实验验证了金属材料中的缺陷可通过施加循环载荷来修复,即“力致愈合”现象,进而发明了通过力学加载来诊断和调控微纳尺度金属晶体缺陷密度及其性能的新方法。对此,刘博宇用通俗的语言介绍,“就好比通过给金属材料做‘理疗’来‘治病’”。

研究团队发现在镁合金中存在一种全新的室温变形机制,这种机制会产生一种像“水流”一样的缺陷,并指出这是传统的时效强化手段对镁合金的强化效果十分有限的根本原因之一。基于团队的研究成果,结合陕西省丰富的镁资源,项目组成员广泛调研并积极推动政产学研合作,申报“陕西省镁基新材料工程研究中心”并获批成立,期望在未来几年内为陕西省原镁的生产工艺革新及高附加值镁产品的研发做出贡献。

在金属玻璃方面,研究团队首次从实验中测得金属玻璃的弹性极限,建立了微纳尺度金属玻璃变形机制图,揭示了金属玻璃在循环加载下的结构演化规律,为金属玻璃在微纳机械系统中的应用提供了实验基础。

雾霾颗粒成分和硬度研究获关注

另外,研究团队利用所开发的微纳表征测试技术,对雾霾颗粒的成分、形貌和力学性能进行了系统定量测试,研究成果获得社会广泛关注。

发布会结束后,在刘博宇的带领下,记者参观了西安交大金属材料强度国家重点实验室。他说,这几年冬天西安雾霾严重,实验室的同事们就想弄明白雾霾颗粒的成分究竟是什么?于是,大家在西安街头四处采集雾霾颗粒,发现每个地方雾霾颗粒的成分有所不同,包含着铬、铁、铝、铅、碳、氧等成分。由于雾霾颗粒的尺寸一般为几微米至几百纳米,大家就用微纳米力学测试仪器对其力学性能进行了测试。通过实验,大家发现有些雾霾颗粒在极高的外力作用下都压不碎,甚至比钢铁还要硬。这样的雾霾颗粒在严重威胁人类身体健康的同时,也会对精密仪器造成磨损。

据了解,项目团队聚焦本领域国际上的前沿问题,在《美国科学院院刊》《自然通讯》《先进材料》等权威期刊发表的20篇主要论文,他引总次数为448次,其中SCI他引为326次。其中1篇论文入选ESI高被引论文及“中国百篇最具影响力国际学术论文”,1篇论文获2014美国TMS学会轻金属分会镁合金最佳基础研究论文奖,部分成果获“陕西高等学校科学技术奖一等奖”,项目依托的杰出青年基金在当年37个结题验收项目中被评为“特优”。2010年至今受邀做相关学术报告80余次,组织及合作组织相关国际学术会议17次。

原文刊载于陕西科技报2018年6月5日8版

报道链接:http://szb.snkjb.com/sxkjb/20180605/html/page_07_content_000.htm

文字:陕西科技报记者 周励
编辑:星 火

 
 
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