奔跑的追夢人

戶萬

小到個人衣食住行，大到國家和社會的工業生產，各種各樣的材料是人類生活中必不可少的物質。18世紀中葉，在對銅、鐵、鋼等材料的開發和應用基礎上，瓦特改良了蒸汽機，開創了以機器代替人工的工業浪潮；19世紀下半葉，以合金鋼、鋁合金及各種非金屬材料發展為前提，內燃機問世和電的應用使交通運輸業得到了突破性的發展；后來，合成材料、半導體材料、光電子材料的發展使人的通信方式、出行方式、生產方式都發生了翻天覆地的變化……石器、陶器、青銅器、鐵器、高分子器件……生產材料的更新換代，推動了人類社會的變革，促進了人類文明的發展。可以說，人類文明的發展史就是一部認識材料、利用材料、創新材料的歷史。

對材料的認識和利用的能力，決定著社會的形態和人類生活的質量。因此，人類從未停下過改進現有材料的步伐，從未有一刻放棄過尋找和創造更好的材料的方法。香港城市大學材料科學與工程系助理教授楊濤及其團隊成員，正是這樣一群以發展新材料為己任的追夢人。聚焦先進金屬結構材料及其制造技術的創新設計與應用，為實現“核心材料中國造”的材料強國夢添磚加瓦，他們一直在路上。

書籍開啟科研夢

早在少年時期，楊濤就許下從事材料學研究的心愿。

1999年，國內第一本全彩印刷的國防軍事類科普期刊——《兵器》出版發行。其內容豐富多彩、形式新穎，帶給廣大讀者強烈的視覺沖擊的同時很快流行開來。這也是少年楊濤最喜愛的書籍之一。從這些科普文章中，楊濤得知：在常規兵器用材料中，金屬材料約占80%，其中又以鋼鐵材料占主導地位。但是，隨著兵器的現代化發展，高性能的有色金屬裝甲材料、結構特殊功能材料和復合材料也對武器戰術技術性能的提高展現出越來越大的作用。例如：鋁合金是武器輕量化首選的輕質結構材料，金屬間化合物可用于制造多種耐熱零部件，鎢合金可使各種穿甲彈具有更強大的穿擊威力……關于材料的神奇與用途，他越是了解，就越是癡迷。

楊濤是個目標明確的人?；谧陨淼摹败娛旅浴睂傩?，從本科時期下定決心“去看一看更廣闊的世界，嘗試做出一點新的東西”的那一刻開始，他就瞄準了高溫合金方向。

高溫合金通常是指能在600℃以上的高溫下及一定的應力作用下長期工作，具有抗氧化、抗腐蝕、抗蠕變等性能的一類合金材料。其軍工應用占比八成，廣泛應用于軍用航空、航天發動機、艦船和工業用燃氣輪機的核心熱端部件，是國防現代化的重要支撐。在廈門大學攻讀碩士學位時，楊濤主要跟隨王翠萍教授和劉興軍教授從事金屬材料金相分析、高溫材料組織穩定性設計等研究。這是他主動選擇、一心向往的結果。寫滿的筆記見證了他厚積沉淀的過程，深夜的燈火照亮了他前行攀登的方向：“如果想要繼續實現心中的想法，僅憑我碩士生水平的知識儲備，是遠遠不夠的?！?/p>

楊濤是個善于主動出擊的人。既然已經做出決定，他便迅速行動起來聯系國內外高溫合金方向的知名學者，努力爭取更上一層樓的機會。

一次在廈門大學舉辦的學術會議讓楊濤有幸結識他后來的博士生導師劉錦川教授。劉錦川教授是國際材料界具有重要影響的杰出科學家，在金屬間化合物、貴金屬合金設計和大塊金屬玻璃材料等領域均作出了開創性的貢獻，曾因為推動中國科學家在相關領域的研究迅速進入國際先進水平而榮獲2006年中國政府友誼獎?！皠⒗蠋熓亲龈邷睾辖稹⒔饘匍g化合物出身的，他也是我一直以來非常崇拜的學者之一?！睏顫f，“之所以能夠加入劉老師的課題組，一方面得益于這次會議上的機緣巧合，一方面也要感謝我的碩士生導師劉興軍老師的推薦。加入后，我就一直從事高溫合金研究，并在后來慢慢拓展了超低溫合金等面向極端環境應用的研究方向。”

這是一段厚積薄發的博士生涯。沒有人能夠說得清，金屬這個古老的材料到底是在何時第一次為人類所用。但從目前已發現并證實的考古資料中可以確定，早在距今三千多年前的商朝時期，我們的先祖就已經創造出輝煌燦爛的青銅文化。金屬材料的相關理論發展至今已十分成熟，其中尚未突破的難題每一個都是“硬骨頭”。

不斷嘗試，反復驗證，在失敗中總結經驗，是唯一通向成功的道路。而在看不見盡頭的失敗中，信念是關鍵，堅持是根本。楊濤坦陳：“其實在2018年的一項研究中，我們已經失敗了太多次，大家有些心灰意冷。是劉老師始終如一的鼓勵和支持，加上大家自身對專業的熱愛，讓我們堅持到了最后?！边@一年，楊濤終于迎來“春暖花開”的時刻——他創新性地提出了“多組元納米顆粒反常增韌”合金設計新思路，開發了高強、高韌析出強化高熵合金，并以第一作者身份將成果發表于《科學》（Science）。相關成果得到國內外同行的高度評價，被國內外媒體廣泛報道。

時光不負趕路人。2020年，楊濤獲評香港高等研究院杰出博士后研究員，斬獲香港高等研究院“明日之星獎”；2021年，他榮獲香港研資局“杰出青年學者獎”；2022年，他獲得國際材料研究學會聯盟“青年科學家獎”，是2022年度香港地區唯一的獲獎者。以自身成長歷程為例，他勉勵廣大學子：“在科研過程中，失敗其實無關緊要。只要我們真心熱愛這項事業，其中的困難就不值一提；只要我們能夠始終保持樂于嘗試的激情，就不怕不能成功?！?/p>

任重道遠需策馬

科研不僅僅是一件嚴肅的事，也是一件快樂的事、有趣的事、處處充滿驚喜的事。

面向高溫應用的傳統金屬間化合物往往在高溫下表現出優異的性能，但當其使用環境溫度下降到中等區間（如800℃左右）時，反而會變脆易斷。“這幾乎是所有傳統金屬間化合物研究中都會遇到的問題，我們對此十分好奇，一直都想探求它的成因，尋找解決的辦法?！睏顫貞?，課題組在這項研究上花費了大量時間，但一直未能取得進展。直到那天，在對材料進行熱處理的過程中發生了一個小小的意外。原以為這次的努力也要白費，但他們卻驚喜地在“不合格材料”中發現了一個非常特定的組織——異質結構的柱狀晶粒組織（以下簡稱“異構柱狀晶組織”）。通過對這種異構柱狀晶組織進行微觀調控，他們能夠提高材料的斷裂韌性，還可以為材料在服役過程中的組織穩定性、熱氧化性等全面評估提供依據。

以這項發現為基礎，楊濤成功申請香港研資局“杰出青年學者計劃”。到2020年，他巧妙利用“晶界納米無序化”和“多組元有序超點陣”的合金設計策略，成功克服了傳統金屬間化合物的“室溫晶間脆斷”和“高溫晶粒長大”的兩大科學難題，相關原創性科研成果分別于2020年和2021年在《科學》雜志上發表。

過去的幾年里，楊濤及其團隊在結構金屬間化合物的冶金設計方面取得了許多令人矚目的成就，但他們探索嘗試的熱情絲毫未減。正所謂“一代材料、一代技術、一代產業”，加快高性能金屬結構材料及其先進制造技術的研發，對于推動我國高新技術自主創新、促進產業結構轉型升級、擺脫國外壟斷封鎖具有重要意義?？v觀我國高溫合金行業發展歷程，從仿制到自主創新，如今我國已初步建立完整的高溫合金研制體系。但與世界領先水平相比，我國高溫合金在產品雜質元素控制、均勻性、穩定性、成本控制等方面仍存在一定差距。相關產業發展總體仍處于爬坡上坎的階段，市場對外依賴度較大，自給率嚴重不足，未來仍舊任重道遠。

在最近立項的國家自然科學基金優秀青年基金項目中，楊濤也明確指出：目前廣泛使用的鈦（Ti）基和鎳（Ni）基等高溫合金的性能提升已經逐步接近極限，合金鑄造、軋制、鍛造等傳統加工技術的制造成本高、難度大、周期長，新材料及其先進制造技術的創新設計與有機融合勢在必行。因為隨著材料零部件的設計越來越復雜，傳統由人工操控機器單獨生產零件的方式已經不能滿足龐大的市場需求。如果能夠通過激光增材來實現這種新材料的快速一體化制造，在縮短產品生產周期的同時，保證其性能的穩定，將有助于加速實現新型高性能高溫合金及其零部件的自主研發、國產化。

圍繞這些問題，楊濤計劃帶領團隊以金屬的三維打印和激光的選區融化增材制造為出發點，從基礎研究角度發力，增進“內地-香港-國際”的產學研合作，以創新推動當地的“再工業化”，最終輻射全國。他說：“將成果寫在祖國大地上，不僅是當下的‘潮流，也是每一位科研工作者的期盼和目標?！?/p>

愿化紅燭照塵寰

產學研合作本質上是一種取長補短、合作共贏的策略。這，也正是楊濤團隊的發展理念。因為在楊濤看來：做人、做事和做金屬合金材料研究，在本質上是一樣的。

金屬材料大致可分為兩大類：一類具有無序的原子結構（非晶金屬），一類具有有序的原子結構。作為一種獨特的合金，其中，有序合金中的元素往往有規律地占據特定的亞晶格位置，元素位置偏好可以強烈影響電子鍵合，因此帶來許多獨特的機械和功能特性。正如楊濤所說：“每一種材料總歸有它的長處和短處，這就需要把它的原子放在合適的位置，把它的組織結構調控成合適的分布方式，讓它在特定的環境下表現特定的優異的性能。從材料內部來看，最終的核心就是要探究如何把正確的原子放在正確的位置上。我們需要不斷調整策略，以更好地去探索這個規律、總結這個規律，然后才能真正在實驗設計中去實現自己的構想。尋找合適的位置、合適的時機，取長補短發揮個體的長處，這不就是個人成長和團隊發展的關鍵所在嗎？”

如果要說起楊濤的教學理念，就不得不提及其博士生導師劉錦川教授。帶領自己的團隊時，楊濤總會向這位前輩看齊。

在楊濤的回憶中，劉錦川教授是位“周伯通式”的人物。楊濤加入課題組的時候，劉老師已經70多歲了，但他工作起來比很多年輕人都要拼?？吹侥硞€有趣的實驗現象還會像個孩子一樣激動和高興，會迫不及待地在第一時間推動實驗進度，幫忙協同設備、聯系需要的人或機構等?！拔覀儗W生的很多想法之所以能夠成功實現，離不開老師的幫助?！睏顫c導師的觀念十分相似——要以自身的言行調動大家的科研激情，鼓勵大家積極探索新事物。“永遠滿懷激情、永不輕言放棄、永遠關懷學生，在科研和教學上，他真正做到了言傳身教，是我們年輕人的一個好榜樣?！比缃?，在年輕一代學子眼中的楊濤，亦是如此。

自從開始組建自己的團隊，楊濤比以往任何時候都要忙。他的手機保持24小時開機，為學生時刻準備著。他的心里除了實驗數據，還牽掛學生的學習和生活是否適應、有沒有什么困難是自己能幫助解決的。因為他希望自己不僅僅要成為一個會講課的老師，還要成為一個善育人的老師：“要想在專業領域走得更遠，自我驅動著去探尋新事物是最關鍵的。所以我想讓他們能夠對金屬有直觀的了解，同時培養他們對金屬材料的興趣，激發他們的好奇心與求知欲。”

“人的精力是有限的，要將精力100%?、200%甚至300%地投到自己最感興趣的那件事上。在研究過程中，我們會遇到各種各樣的問題，但要靜下來，去體驗材料世界的美好。我們一直在做的，其實就是發現材料之美，擴大材料之美。”在神奇奧妙的材料世界里，楊濤期待著能與越來越多的志同道合者相遇。科

（責編：袁園）