大家常說“理想很豐滿，現(xiàn)實很骨感”，金屬材料的強韌化也是如此。

    所謂強度，就是材料抵抗變形的能力；所謂塑性，就是材料在斷裂前能夠變形的程度，而韌性則是兩者在一種能量耗散上的類乘積式綜合度量。

    但遺憾的是，金屬材料的強度與塑性/韌性之間通常呈現(xiàn)出此消彼長的反向制約關(guān)系，并已成為該學(xué)科發(fā)展的理論障礙和技術(shù)瓶頸。特別是金屬的理論強度，或稱為理想強度（無晶體缺陷的理想晶體的強度），被視作金屬強度的天花板，而在達到其理想強度的同時兼具塑性更是現(xiàn)有金屬難以企及的夢想高度。

    近日，西安交大金屬材料強度國家重點實驗室教授孫軍團隊用一項歷時十余年的研究成果告訴人們：微納尺寸化能夠讓金屬達到其理想強度并同時兼具大的塑性。他們完成的“金屬材料強韌化的內(nèi)在與外在微納尺寸效應(yīng)”項目，獲得2017年度國家自然科學(xué)獎二等獎。

    探秘金屬材料特性

    魚與熊掌難以兼得，金屬結(jié)構(gòu)材料的強韌化亦是如此。孫軍團隊從晶體缺陷入手，巧妙利用材料強度的內(nèi)在與外在尺寸效應(yīng)，為突破這一基礎(chǔ)性難題探索出了一條有效途徑。

    通過深入的研究，團隊發(fā)現(xiàn)，利用微納尺寸金屬單晶中孿晶變形抗力愈小愈強的強烈晶體外在尺寸效應(yīng)，在微柱直徑減小到亞微米時其最大流變應(yīng)力就可以達到其理想強度值，并保有相當?shù)膲嚎s塑性。

    隨后，團隊充分利用組元層厚度這一內(nèi)在尺寸效應(yīng)，結(jié)合其微納柱體的外在直徑尺寸效應(yīng)，實現(xiàn)了層厚等于或小于10納米的亞微米柱體壓縮強度均可超過同成分非晶合金的理想強度，并具有超過20%的壓縮塑性。

    該項目在《自然》《自然材料》等一流期刊發(fā)表的8篇代表作，被SCI他引577次；2篇論文入選ESI高被引論文，1篇入選“中國百篇最具影響力國際學(xué)術(shù)論文”，并被收入美國和德國科學(xué)家編寫的3部學(xué)術(shù)專著；包括國際斷裂大會50分鐘主旨報告在內(nèi)的國際會議特邀報告30次；獲國際權(quán)威學(xué)者在《自然材料》等雜志上正面專題評述5次；部分成果入選2010年度“中國高等學(xué)校十大科技進展”，獲得教育部自然科學(xué)獎一等獎。

    國際權(quán)威學(xué)者對該項目給予了高度評價，稱該項目“顛覆了長期以來人們的直覺”，“為同步提高合金強度與延韌性提供了有效途徑，是一個非常好的、精致巧妙的、典型的范例”“提供了業(yè)界一直追求的高強韌性能組合”。

    讓交大走向世界舞臺

    1999年，孫軍獲得國家杰出青年科學(xué)基金，并受聘長江學(xué)者特聘教授后，開始組織并帶領(lǐng)團隊進行相關(guān)課題的研究工作。

    “當時科研條件很差，我們還沒有自己專屬的辦公室和實驗室。學(xué)校沒有能力加工科研所需材料，學(xué)生們就一趟趟跑外面實驗室。”實驗屢次失敗，雖然深受打擊，但是團隊成員從不輕言放棄，大家不厭其煩地一遍遍做實驗，積累了豐富的經(jīng)驗，也磨煉了堅強的意志。

    功夫不負苦心人，2010年初，團隊成功發(fā)現(xiàn)金屬孿晶變形的強烈晶體尺寸效應(yīng)，并在《自然》上發(fā)表研究論文，實現(xiàn)了西安交大《自然》論文“零的突破”。8年過去了，提到當時論文發(fā)表時的情況，孫軍依然激動不已：“由于有時差，發(fā)表當天凌晨我就起來看文章。能夠為交大貢獻第一篇《自然》，每位成員都感到無比激動和幸福。”

    一枝獨秀不是春，百花齊放春滿園。談到從零開始取得成功的秘訣，孫軍認為，這是因為團隊成員都堅守著一個共同的目標：希望自己的研究成果能夠被寫在教科書上，被國際同行認可，讓西安交大走向世界，讓世界認識西安交大。

    “能夠和這樣的團隊成員合作，我感到三生有幸。”孫軍對于自己的團隊充滿感恩。用他的話說，在交大西遷精神的滋養(yǎng)下，團隊每位教師都有著“革命的集體英雄主義”情結(jié)。任曉兵、單智偉、馬恩和李巨等多位教師團結(jié)互助，丁向東、劉剛等教師人品高尚，余倩、李蘇植和張金鈺等眾多學(xué)生已經(jīng)成長為能夠獨當一面的優(yōu)秀青年教師。

    青年教師張金鈺在團隊已經(jīng)十年，從學(xué)生到老師，再到今年國家“優(yōu)青”獲得者，不變的是他對團隊的感情。“團隊戰(zhàn)斗力十足，有凝聚力，在科研上我們擁有充分的自主權(quán)，教師嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度更是在潛移默化中影響著青年師生，帶動大家不忘初心、為科研之路奉獻青春。”

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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