張勇:創(chuàng)新成就材料驕子

材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，大到建筑、設(shè)施、飛機(jī)，小到電子產(chǎn)品、芯片，金屬材料已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)和人民生活的重要組成部分。材料科學(xué)研究的要求很高，它需要科研人員有默默奉獻(xiàn)、甘于寂寞的精神，廣博的學(xué)識(shí)，創(chuàng)新的意識(shí)和兢兢業(yè)業(yè)的科研態(tài)度。北京科技大學(xué)博士生導(dǎo)師、新金屬材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張勇教授便是這樣一位科學(xué)家，他數(shù)年來一直致力于材料學(xué)的研究，取得了做人的成績(jī)。

上下求索在實(shí)踐中成長(zhǎng)

20世紀(jì)70年代，信息、材料和能源被譽(yù)為社會(huì)文明的支柱。到了80年代，隨著高新技術(shù)的興起，新材料與信息技術(shù)、生物技術(shù)又成為了新技術(shù)革命的重要標(biāo)志，30多歲就晉升博導(dǎo)的張勇就是我國(guó)材料領(lǐng)域的專家。

如此年輕就取得這樣令人艷羨的成績(jī)，張勇付出了比常人更多的心血和精力。他不僅具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，而且還具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。這樣與他豐厚的學(xué)研經(jīng)歷密不可分。

1991年，張勇以優(yōu)異的成績(jī)畢業(yè)于燕山大學(xué)(原東北重型機(jī)械學(xué)院)，獲學(xué)士學(xué)位。1994年，他獲得了北京科技大學(xué)碩士學(xué)位，在此期間，他曾在機(jī)械廠設(shè)計(jì)熱處理爐，解決了實(shí)際生產(chǎn)中的技術(shù)難題。

張勇感到科研與實(shí)業(yè)結(jié)合才能創(chuàng)造更大的價(jià)值，此后，他更注意把學(xué)習(xí)與實(shí)踐相互結(jié)合。張勇在北京科技大學(xué)攻讀博士時(shí)，參加了中國(guó)某裝甲材料的制備及其抗動(dòng)能穿甲彈性能的研究工作，發(fā)現(xiàn)裝甲板防護(hù)性能隨陶瓷和金屬體積分?jǐn)?shù)變化的雙極值規(guī)律，即在金屬合金防護(hù)機(jī)制下隨陶瓷體積分?jǐn)?shù)變化防護(hù)系數(shù)出現(xiàn)一個(gè)極值、在陶瓷防護(hù)機(jī)制下隨金屬體積分?jǐn)?shù)變化防護(hù)系數(shù)出現(xiàn)另一個(gè)極值。

“雙極規(guī)律”的發(fā)現(xiàn)使年輕的張勇更堅(jiān)定了自己可以向更高領(lǐng)域發(fā)展的信念。在中國(guó)核工業(yè)總公司202廠實(shí)習(xí)后的他又來到了中科院物理所做博士后研究工作。他專門從事塊體非晶的研究工作，并有了重要的發(fā)現(xiàn)：微量的稀土元素釔可以大幅度提高合金的玻璃形成能力，目前這種方法已經(jīng)科學(xué)應(yīng)用，使許多合金的臨界厚度從毫米級(jí)提高到了厘米級(jí)。

隨著學(xué)習(xí)和研究的不斷深入，2000年，他赴新加坡一麻省理工學(xué)院聯(lián)盟微米／納米系統(tǒng)新材料學(xué)部(美國(guó)麻省理工學(xué)院在新加坡的一個(gè)研究院)和國(guó)立新加坡大學(xué)理學(xué)院材料科學(xué)系從事塊體非晶的科研工作。在新加坡的四年時(shí)間，張勇的視野得到了極大的開闊，他逐漸成長(zhǎng)為一名擁有高知識(shí)、高技術(shù)的綜合型人才。

2004年，年僅35歲的張勇放棄國(guó)外優(yōu)越待遇，毅然選擇回國(guó)，將自己所學(xué)的知識(shí)奉獻(xiàn)給祖國(guó)的材料科學(xué)研究。他選擇了回到北京科技大學(xué)擔(dān)任教授，并于2005年獲得博士生指導(dǎo)教師資格，同年入選教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才計(jì)劃。

2007年，張勇短期訪問了英國(guó)的牛津大學(xué)材料系和劍橋大學(xué)材料與治金系，又于2008年訪問了新加坡南洋理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院。最近，張勇應(yīng)邀到英國(guó)謝菲爾德大學(xué)工程材料系講學(xué)，該校資深教授HA DavIes認(rèn)為張勇已經(jīng)在大塊非晶合金和高熵合金領(lǐng)域建立了國(guó)際聲譽(yù)。

從書本到實(shí)踐，從國(guó)內(nèi)到國(guó)外，十余年的不斷求索給了張勇獨(dú)特的思維方式和開闊長(zhǎng)遠(yuǎn)的視野，讓他在科研的路上浙行漸遠(yuǎn)，取得了許多具有重要的學(xué)術(shù)和工程意義的科研成果。

碩果累累的材料棟梁

張勇在材料領(lǐng)域的研究成果豐碩，為我國(guó)材料事業(yè)的發(fā)展做出了突出的貢獻(xiàn)。

“應(yīng)用稀土微合金化提高合金玻璃形成能力”是張勇主持的一項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目之一，提高塊體非晶合金的臨界尺寸一直是塊體非晶合金研究中的一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的工作。張勇在研究中發(fā)現(xiàn)，鈦基，銅基和鋯基非晶合金中發(fā)現(xiàn)了用少或微量稀土元素Y合金化法可以大幅度地改善了合金玻璃形成能力。

張勇又用微擾方法對(duì)微合金化的作用進(jìn)行了更進(jìn)一步的研究，這種原理是典型的非線性方法，正如大家熟知的“蝴蝶效應(yīng)”，研究組發(fā)表的第一篇關(guān)于微量釔對(duì)玻璃形成能力的工作被廣泛引用。該方法也獲得了美國(guó)專利授權(quán)。

“高熵合金對(duì)應(yīng)模量的研究”是張勇的另一項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目。高熵合金是在塊體金屬玻璃的基礎(chǔ)上拓展，發(fā)展的一類易于形成固溶體的多組元合金，它具有和塊體金屬玻璃類似的高強(qiáng)度。張勇利用高混合熵和等原子比的概念設(shè)計(jì)出了性能和塊體金屬玻璃類似的固溶體合金，據(jù)Web of Sclence統(tǒng)計(jì)，該工作的論文在國(guó)際高熵合金領(lǐng)域引用率排名第一。

在相圖方面，實(shí)驗(yàn)得出了共晶類元素(如Tl和后過渡族元素Cu、Fe等)使高熵合金(CoC rCuFeNi)的相結(jié)構(gòu)變復(fù)雜，并初步繪制了偽二元相圖：而包晶類元素(如A1]使高熵合金(TiVC rMnFeCoNICu)的相結(jié)構(gòu)變簡(jiǎn)單，高熵合金的力學(xué)性能可以用合金化元素大幅度的調(diào)節(jié)。

在固溶體的形成規(guī)律方面，張勇帶領(lǐng)他的科研團(tuán)隊(duì)以混合焓和原子半徑差為參數(shù)，得出了高熵合金的相形成規(guī)律圖，其中包括固溶體、金屬間化合物、非晶等，并進(jìn)一步分析了混合熵的影響，獲得了美國(guó)TMS2008，TMS2011年會(huì)的邀請(qǐng)報(bào)告。

張勇還在高熵合金中發(fā)現(xiàn)大尺寸原子的添加會(huì)使合金由致密度高的相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅芏鹊偷慕Y(jié)構(gòu)，如大的鋁元素的加入替換小的銅元素使合金CoC rFeNiCu或Ti0 5CoC rFeNlCu的相結(jié)構(gòu)由FCC轉(zhuǎn)變?yōu)锽CC，而且合金的強(qiáng)度也相應(yīng)提高。他們從合金的鋼球模型的原子級(jí)別應(yīng)變分析，認(rèn)為這由于大的鋁元素的加入可以引入晶格畸變，轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅芏鹊偷慕Y(jié)構(gòu)是為了松弛晶格畸變。

此外，張勇還完成了“合金的玻璃形成能力(GFA)和共晶耦合區(qū)的關(guān)系的研究”，通過更進(jìn)步的理論分析，解釋了為何有些合金的最優(yōu)玻璃形成能力成分點(diǎn)不在共晶點(diǎn)，并成為一種尋找新型大塊非晶合金的有效方法，該工作發(fā)表在Acta Mate rialla上的文章單篇引用率百余次：開展了“玻璃轉(zhuǎn)變的動(dòng)力學(xué)和隱藏的玻璃轉(zhuǎn)變溫度的研究”，張勇帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了ZrNbCuFeBe、ZrNbCuNlBe等大塊非晶新合金系，并系統(tǒng)地研究了該合金系的性能如硬度、模量、密度、泊松比；物理性能如熱膨脹系數(shù)、電子結(jié)構(gòu)等；采用超聲方法及G relnelsen法計(jì)算出zr基大塊非晶合金的Mie勢(shì)函數(shù)和狀態(tài)方程。

目前，張勇正在主持進(jìn)行一項(xiàng)智能材料設(shè)計(jì)與先進(jìn)制備技術(shù)領(lǐng)域的國(guó)家863項(xiàng)目，高彈性超細(xì)非晶合金絲的制備技術(shù)。他已獲得八項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利的授權(quán)、

項(xiàng)美國(guó)發(fā)明專利的授權(quán)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文100余篇，被引用千余次，發(fā)表專著一本《非晶和高熵合金》，參加他人著作章節(jié)兩部。有張勇這樣標(biāo)新立異，孜孜不倦的材料學(xué)家，我國(guó)材料事業(yè)的輝煌指日可待。