科研創(chuàng)新 勇攀高峰

劉丹

利用射線和物質(zhì)相互作用是獲得微觀結(jié)構(gòu)知識的一種有效手段。但常用的射線如X射線、光等都只適合揭示物質(zhì)靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動力學特性的某些方面。隨著反應堆的出現(xiàn)，科學家開始從反應堆或高功率質(zhì)子加速器中引出較強的中子束流探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)。中子發(fā)現(xiàn)于1932年，中子衍射是中子與原子核相互作用的結(jié)果，中子衍射可以觀測物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以確定原子，特別是氫原子，在晶體中的位置和分辨周期表中鄰近的各種元素。中子因其很高的穿透能力，特別具很強的原位研究能力，在工程材料研究領域備受矚目。

在我國，北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室長江學者特聘教授王沿東教授率領科研團隊，長期從事x射線與中子衍射應用金屬材料結(jié)構(gòu)與微結(jié)構(gòu)分析與表征研究，在國際上率先開展應用同步輻射高能x射線衍射原位表征材料微結(jié)構(gòu)單元研究，取得了諸多創(chuàng)新成果，使我國中子衍射應力測量與分析水平有望在短期內(nèi)達到世界先進水平，受到世界各國知名研究所的廣泛關注。

崢嶸歲月，立志報國

王沿東雖出身于知識分子家庭，童年卻隨父母在偏遠的山村度過，這培養(yǎng)了他獨立、堅韌的性格。高中畢業(yè)后，他考入東北工學院材料科學與工程系，后被國際著名結(jié)構(gòu)專家梁志德教授課題組接收為碩士研究生，為他在X射線衍射與結(jié)構(gòu)研究方面打下堅實的基礎。碩士畢業(yè)后，他到北京科技大學求學，師承著名材料學家陳國良院士攻讀博士學位。博士畢業(yè)后，他前往法國梅斯大學進行合作研究。多元文化的求學路及高交流互動性為他后來的科學研究創(chuàng)新打下了基礎。

在法國工作期間，王沿東了解到金屬形變過程中由于材料各向異性導致的第二類（微觀）應力研究是困擾國際材料界的難題之一。在聽取了瑞典皇家科學院1994年諾貝爾物理獎的公告后，他敏銳的意識到，中子衍射應用于工程材料領域的基礎與應用研究工作，特別是重要工程部件的內(nèi)應力測量、結(jié)構(gòu)測量、材料處理過程的原位研究及大型構(gòu)件的應力測量技術具有重要的科學與應用潛力。另一方面，由于這種微觀應力與材料結(jié)構(gòu)形成密切相關，將結(jié)構(gòu)研究與應力測量分析有機結(jié)合起來，可以解決很多材料科學中未解難題。

時不待我，王沿東立即申請到瑞典中子科學研究中心（附屬于世界著名的烏普薩拉大學）博士后的位置，開始從事應用中子衍射研究材料結(jié)構(gòu)與應力的工作。通過與那里的中子衍射科學家合作，他很快創(chuàng)建了直接從實測應變數(shù)據(jù)進行第二類應力分析的球諧級數(shù)法，解決思路是：定義一個與晶粒取向相關的應力分布函數(shù)（SODF），采用低階廣義球諧級數(shù)展開式予以描述；利用三維彈塑性模型給出的約束條件，從不同實測點陣應變分布求解一組帶約束條件的由應變分布與級數(shù)系數(shù)相關聯(lián)的非線性方程，由之確定SODF的低階球諧級數(shù)的系數(shù)。SODF分析術不僅可以給出雙相材料的平均相間應力，而且可以得到與晶體取向相關的相間匹配應力的定量信息。該理論的提出受到應力與結(jié)構(gòu)研究領域?qū)＜覍W者的廣泛關注，為王沿東后來的研究工作打下了堅實的基礎。

科研創(chuàng)新，勇攀高峰

王沿東的主要研究方向是中子與同步輻射技術在金屬材料形變與相變應用以及新型磁驅(qū)相變合金與新型超彈合金研究，并不斷取得新的突破。

——提出晶粒取向相關應力分布函數(shù)概念，建立了國際領先水平的多晶材料第二類應力分析球諧法，發(fā)展了脈沖中子源同時測量、分析第二類與第三類內(nèi)應力的新技術，通過揭示不同疲勞周次下奧氏體不銹鋼的第二類與第三類殘余內(nèi)應力的變化規(guī)律，提出了各向異性材料疲勞過程中這兩類應力變化的比率作為監(jiān)測材料損傷的新判據(jù)，學術思想被美國標準技術研究院及康乃爾大學等國際著名研究小組采用。

——利用中子衍射、同步輻射微束衍射技術，建立了跨越微米到毫米量級的多尺度微觀與宏觀應力測量、表征與模擬方法。研究航空用高強鋁合金等重要工程部件材料及模擬部件，形變/相變過程中多尺度應變與應力演化規(guī)律。

——利用同步輻射與中子散射技術，定量研究應力誘導相轉(zhuǎn)變特征合金的微觀力學行為，建立微結(jié)構(gòu)演變與微應力配分的微觀力學模型，特別是通過實驗和模擬結(jié)合的方法，解決確定形變過程中馬氏體與鐵素體的應力定量配分的難題。該研究將微觀組織演化細節(jié)、微觀塑性變形與微觀應力——應變傳遞、相變與形變交互作用等揭示形變物理新機制的引進金屬形變過程，為發(fā)展跨越微米到毫米量級的多尺度各向異性連續(xù)體塑性變形的定量模型奠定基礎。

——利用獨特的原位高能X射線衍射技術，深入系統(tǒng)研究了磁、溫度、應力場耦合作用下鐵磁（反鐵磁）磁驅(qū)相變材料，給出鐵磁形狀記憶合金中磁誘導反相變的直接晶體學證據(jù)，首次揭示多場下馬氏體變體選擇重要基礎規(guī)律，揭示NiCoMnIn合金巨磁致伸縮效應的物理新機制，提出反鐵磁材料的變體選擇完全不同于鐵磁材料的新學術觀點。

——利用高能X射線漫散射技術，揭示了應力誘導預馬氏體納米疇擇優(yōu)再取向可以導致超彈變形，這種機制可產(chǎn)生窄應變滯后的特征，從新角度揭示了不同于傳統(tǒng)相變機制的超彈物理本質(zhì)。根據(jù)發(fā)現(xiàn)的窄滯后特點，通過巧妙合金設計，在幾種合金體系中找到了具有窄滯后超彈行為的新合金。

——提出了同步輻射高能X射線衍射技術分離形變結(jié)構(gòu)與再結(jié)晶結(jié)構(gòu)的新定量方法及現(xiàn)代材料結(jié)構(gòu)分析的改進最大熵法，將結(jié)構(gòu)分析推廣到原來很難進行的復雜晶結(jié)構(gòu)物質(zhì)，為結(jié)構(gòu)的準確定量分析和結(jié)構(gòu)研究范圍的拓展提供了有效的方法。

兢兢業(yè)業(yè)，碩果累累

多年來，王沿東教授為祖國培養(yǎng)了眾多中子衍射在材料工程領域研究的新型人才。他還建立中子衍射工程材料研究創(chuàng)新團隊，并致力于航天、航空用渦輪發(fā)動機葉片及某類重要軍事用途等關鍵大型工程部件宏觀與微觀應力原位檢測技術、新研究方法及應用和先進結(jié)構(gòu)與功能材料的制備過程與功能行為的原位研究。

目前，他的研究團隊已發(fā)表被SCI收錄的國際刊物論文150余篇，包括在國際權(quán)威雜志如《科學》、《自然材料》、《先進材料》等發(fā)表多篇有影響力的學術論文。他還多次在美國TMS年會上組織專題研討會或作特邀報告，研究成果被《Materials Today》報道，先后入選教育部“新世紀優(yōu)秀人才支持計劃”、教育部“長江學者獎勵計劃”特聘教授，2007年獲國家杰出青年基金。

在不斷創(chuàng)新的前提下，我國已經(jīng)建成兩個新的反應堆中子源，工程材料研究相應譜儀也基本投入運行，特別是科學院在東莞開始建設的中國散裂中子源的建立，可望使我國在中子衍射應力測量方面的研究居世界先進水平。國家“973”與“863”等重大研究計劃，明確將中子衍射方法作為高性能結(jié)構(gòu)材料專題研究的關鍵技術之一。對于未來中國創(chuàng)新力的發(fā)展，王沿東認為現(xiàn)有科研體制與科研基金的分配嚴重阻礙了科技創(chuàng)新，比如某些院士，沒有從事過中子散射，甚至以前都沒有親眼見過中子衍射裝置，但可以從國家申請幾千萬甚至上億的科研基金項目建設中子衍射譜儀，最終他們建設的落后譜儀可能成為某類不學無術的“科學政客”向上邀功請賞的砝碼，為中國科學發(fā)展貢獻了低質(zhì)量的科學GDP；另一方面，相關部門應該為科研人員創(chuàng)造一個好的科研環(huán)境，并為年輕創(chuàng)新人才提供更好的待遇，讓祖國的科技之花更加長久的綻放，為祖國的經(jīng)濟建設提供不竭的動力。endprint