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張勇:鉆堅研微志高遠,桃李不言自成蹊

單位(作者):黨委宣傳部 | 來源:本站原創 | 更新時間:2020-12-16 | 點擊數:

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他在合金材料領域深耕多年,碩果累累,學識淵博;他早年留洋赴新加坡深造,嶄露頭角仍選擇歸國任教;他曾被評為2009年Top100世界杰出科學家,仍低調謙和,潛心磨礪;他與學生們是忘年之交,無話不聊,被稱作“充滿煙火氣的張老師”;他就是北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室教授、博士生導師——張勇。文章詳細介紹了張勇教授的科研之路和執教風格,展現其高瞻遠矚、踏踏實實的學術精神以及虛懷若谷、一心育才的師者風致。

在傳統的觀念中,合金中金屬成分種類不宜太多,否則易造成比強度過低,表現為材質脆化。20世紀90年代以來,一種名為高熵合金的新金屬材料逐漸在業內廣受關注。它一般包含5種主要組成元素,不但能有效抑制脆化風險,其抗高溫、抗腐蝕、抗氧化等諸多特性皆備受矚目。北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室教授、博士生導師張勇是國內該研究領域的領先者,建樹卓著、成績斐然。

1969年,張勇出生于美麗的塞外明珠——河北張家口。受燕趙大地樸實勤勉、銳意慷慨的民風熏陶,張勇從小學習刻苦、自立好強,成績始終出類拔萃,后順利考入燕山大學金屬材料與熱處理專業,從此和金屬結下不解之緣。

懷著對合金材料領域的濃厚興趣,1991年張勇來到北京科技大學材料科學與工程學院繼續深造。在導師的指引下,張勇曾到機械廠學習實踐。為解決生產中的實際問題,他參與設計了一種新型鋼絲連續熱處理爐,期間獨自論證了A3鋼和ODS鐵素體不銹鋼的再結晶和組織穩定性,并開發出一種兼具強韌塑性、高耐磨性等優勢的復合軋輥。讀博期間,張勇還參與我國貧鈾裝甲材料的制備及其防護性能的研究工作,首次發現了裝甲板防護系數隨陶瓷和金屬體積分數變化的雙極值規律。該成果對于多孔骨架材料的制備、壓力浸漬復合工藝的進步等都具有重要意義。

迄今為止,張勇已獲得國家自然科學獎二等獎1項,教育部自然科學獎一等獎1項、二等獎1項,山西省高??茖W二等獎1項;發表學術論文200余篇,被引用2萬余次;出版專著3部、參編教材3部;獲得8項國家發明專利和1項美國發明專利授權;擔任中國材料研究學會理事、中國復合材料學會理事、金屬間化合物與非晶合金專業委員會委員兼秘書長等社會職務。張勇還主持國家自然科學基金項目2項,863計劃項目1項。2005年,張勇榮獲教育部“新世紀優秀人才”表彰,4年后又被評為北京科技大學“科研工作先進個人”。

磨砥刻厲,揭秘非晶合金

時間回到1959年的大洋彼岸。美國加州理工學院的Duwez等教授嘗試用生產玻璃的方法,把高溫Au-Si熔體噴涂至銅軸并急速降溫,首次制出一種漆黑不透亮的玻璃狀合金?!斑@真是一種愚蠢的合金”,當時一位物理學家這樣嘲諷道。半個多世紀過去了,被評價為“愚蠢”的非晶合金,兼具玻璃、金屬、固體、液體等諸多材料的特性,早已發展成航天、航空、國防等高新技術領域的“寵兒”。除此以外,非晶合金是迄今最強的金屬材料之一,用其制作的穿甲彈頭自銳效應好,與環境的相容性優良。非晶合金還是最易加工成型的金屬材料,輪船、飛機的高精密齒輪、抗腐蝕軸承等都能看到它的身影。

張勇在新加坡國立大學工作期間,就已開始從事非晶合金領域的研究。非晶形成能力(GFA)是非晶合金材料研究中的重要問題之一。業界普遍認為,提高GFA能有效擴展高形成能力合金成分范圍,為高性能塊體非晶合金的進一步開發奠定基礎。張勇發現,針對鋯基非晶合金,采用少量稀土元素釔合金化法能夠有效去除合金中的氧,降低非均勻形核的概率。實驗結果證明,張勇提出的方法使非晶合金的臨界尺寸由厘米級提高至毫米級,大幅提高了GFA水平。

“我們第一篇利用稀量釔改善GFA的文章已被引用百余次,方法被眾多科學家采納應用?!闭劥顺煽儠r,張勇的自豪之情溢于言表。該成果也于2004年1月27日獲得美國國家專利授權。

非晶合金的拉伸塑性差是限制其工程應用的一大障礙。傳統的金屬模鑄造法的控制精度低,對提高室溫下非晶合金塑性的效果有限。經過多年的攻關,張勇團隊另辟蹊徑,采用BRIDGMAN法控制合金的凝固過程,實現了材料斷面均勻化,制備出樹枝晶韌塑化的鑭基大塊非晶合金基復合材料。在此基礎上,團隊又成功研制出樹枝晶具有一定取向的鋯基非晶合金材料,其室溫下的拉伸延伸率大于7%。該成果也第一時間被美國應用物理快報發表。英國謝菲爾德大學工程材料系資深教授HA Davies這樣評價張勇:“他通過出色的成績,已經在塊體非晶合金領域建立起國際聲譽?!?/span>

“科技的最終歸宿應該是服務社會、造福人民” 。正是秉持這樣的理念,張勇持之以恒探索非晶合金的工程應用與推廣。他主持開發的高彈性超細非晶合金絲制備技術,為智能材料的工藝研究提供了新思路;為推進塊體非晶合金在微機電系統上的應用,張勇還創新合金微加工成形技術,并獲得國家發明專利授權。

別出機杼,聚焦學術前沿

“目前合金體系的發展已趨近飽和,要破解瓶頸問題,途徑之一就是突破傳統的合金設計理念,形成新的合金發展思路”,張勇在一篇綜述文章中這樣寫道?;氐奖本┛萍即髮W任教后,在陳國良院士(已故)的倡導下,張勇開始了對高熵合金的研究。

高熵合金是依據等原子比、高混合熵的合金設計理念,發展起來的一類易于形成固溶體的多組元合金。作為金屬研究的一個新興且熱門領域,高熵合金有著非常出色的高強度、抗腐蝕、耐高溫等物理化學特性,生產應用前景十分廣闊。

在早期的研究過程中,張勇遇到了合金化元素含量越高,合金混合熵卻越大的問題。經過不懈的努力和技術攻關,2007年張勇團隊在國際上率先制備出性能高于塊體非晶合金的體心立方高熵固溶體合金。該成果在業內引起轟動,被Nature China雜志兩次以研究亮點專門予以評述,《光明日報》和《科技日報》等媒體也給予報道。因成績卓越,英國劍橋國際名人中心(IBC)評價張勇為2009年Top100名世界杰出科學家。

除了研制新的高熵合金,張勇對高熵合金理論方面的研究也頗有建樹。他首次提出“熵”和“焓”在熔點附近平衡參數的重要作用,以及高熵合金固溶體相形成的經驗準則(即Ω判據)。Ω判據對高熵合金相的結構做出準確的科學預計,成為學界公認的高熵合金結構設計的重要準則。此外,張勇對高熵合金薄膜、高熵合金絲等均有前沿性工作。汪衛華院士曾這樣評價張勇:“他是中國大陸最早對高熵合金的理論、制備技術及應用進行深入、系統、廣泛的研究的科研人員之一?!?/span>

張勇關于高熵合金的一系列研究成果在國內、國際影響深遠,被同行所熟知。為積極推動該領域的學術交流與發展,張勇多次擔任中國材料研究學會年會的“高熵和噪聲”分會主席,多次主辦國內大陸的高熵合金研討會,曾參與主辦美國MRS秋季會議高熵合金分會。

2016年,Nature雜志對北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室進行了報道。張勇在采訪中指出:“我們幾乎已探索過傳統金屬的所有方面,但對高熵合金這方面的研究仍然是全新的,將來也充滿著許多可能?!彼冀K堅信,雖然高熵合金尚未從實驗室推向市場,但已有研究者們正為此不懈努力。在國民經濟建設的主戰場,高熵合金定會大放異彩,為發掘工業發展潛力提供重要支撐和強大推力。

藹然可親,光大師者風尚

豁達爽朗、平易近人,是張勇留給學生們的第一印象?!皬埨蠋熓莻€典型的樂天派,每次見他總是笑呵呵的,親切溫和,風趣幽默,從不給人產生高山仰止的距離感?!辈┦垦芯可w楊勇曾這樣評價導師張勇教授。從教十余年來,張勇對于構建良好的師生關系頗有心得。無論是情感遇到難處,還是生活遭到變故,學生們都樂于向張勇傾訴,也總能獲得莫大的精神慰藉與鼓舞。學貴得師,亦貴得友。張勇認為,良師首先是真友,要真誠與學生推心置腹,做肺腑之交;良師還需是益友,盡己所能給予學生學問幫助,指引其朝正確的目標規劃人生。

“充滿煙火氣的張老師”是張勇身上又一張鮮明的人格標簽。不考究衣著但干凈整潔,外表樸素無華但自然大方。一件簡約的襯衫,一條素凈筆直的西裝褲和圓頭老皮鞋是張勇最自在的搭配。普通人從外表很難猜出張勇的博導身份,他自己卻早已習以為常:“生活越簡單越好,這樣既可以把精力全用來科研,身邊人也會感到舒服,使工作更容易進行?!?/span>

和生活中不拘小節,隨性自然的態度相比,張勇對待科研、教學的態度是極其嚴格且一絲不茍的。每周雷打不動準時參加課題組的學術例會是張勇的慣例,這也是他掌握學生研究進度的重要渠道。張勇經常在會上告誡學生,對待學問要嚴謹且靈活,可以暢所欲言,也可以標新立異,但更重要的是實事求是、穩扎穩打。如果學生匯報時出現了問題,他總是直言不諱,鞭辟入里;倘若學生的研究方法有待改進,他總是參與探討,傾囊相授;當學生的科研進入瓶頸期,他總能指點迷津,熱情鼓勵。

課堂是教學相長的舞臺,也是師生互通的紐帶。張勇深知,每一個學生都是思想獨立的個體,有著求知覽跡、探索解疑的迫切需求。因此,課堂設計更需慘澹經營,要盡可能開啟學生心智,激勵他們主動發現真知,實現學術思想的飛躍。每一節課,張勇都用深入淺出、通俗易懂的方法講解知識脈絡,并且尤其擅長在教室里營造積極熱烈、緊張活潑的互動氛圍。學生們時而眉頭緊鎖,時而歡呼雀躍,最終無不滿載而歸,獲益匪淺。紙上得來終覺淺,絕知此事要躬行。張勇十分重視鍛煉學生的實踐能力,他常對學生耳提面命,強調僅僅領略理論知識的價值是遠不夠的,要在實踐中檢驗和重構理論,錘金煉鐵,才能為將來的科研創新打下堅實的根基。

芳林新葉催陳葉,流水前波讓后波。在教壇躬耕不輟的張勇早已收獲滿園桃李。他培養的第一名博士生喬君威于2008年獲得鈮鋼獎學金和來自國家留學基金委赴美留學的資助,目前在太原理工大學任材料學院院長。其余學生中,廖衛兵博士在深圳大學工作;楊瀟、左婷婷、趙楊勇和劉俊鵬等博士在中國科學院工作;陳曉博士獲得了寶鋼獎學金和北京科技大學十佳學術之星的榮譽;陳潔、王雪飛、王方軍等也都曾獲得北京科技大學優秀碩士論文獎。

唐代詩人張說詩云:“息心觀有欲,棄知返無名。五十知天命,吾其達此生?!辈饺胫烀哪昙o,站在人生的分水嶺,張勇依然堅守初心、登高望遠。永葆師者本色,潛心矢志科研。相信張勇未來必定再創輝煌,筆底春風揮毫精彩人生。

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