孙军团队：“微纳尺寸化”让金属更强韧

■我们的通讯员朱和我们的通讯员文才飞

人们常说“理想充实，现实瘦骨嶙峋”。金属材料的强韧化也是如此。

强度是指材料抵抗变形的能力。所谓塑性是指一种材料在断裂前可以变形的程度，而韧性是两者在能量耗散上的一种乘积形式的综合度量。

然而，不幸的是，金属材料的强度和塑性/韧性通常表现出相互制约的关系，这已成为该学科发展的理论障碍和技术瓶颈。特别是，金属的理论强度，或者说理想强度(没有晶体缺陷的理想晶体的强度)，被认为是金属强度的上限，而达到其理想强度和塑性是现有金属无法达到的理想高度。

最近，来自Xi交通大学金属材料强度国家重点实验室的孙俊教授的团队告诉人们，经过十几年的研究，微纳尺寸可以使金属达到理想的强度，同时具有很大的塑性。他们完成的“金属材料增强增韧的内外微纳尺度效应”项目获得2017年国家自然科学奖二等奖。

探索金属材料的特性

鱼和熊掌很难兼得，金属结构材料的强韧化也是如此。孙俊的团队从晶体缺陷出发，巧妙地利用材料强度的内外尺寸效应，探索突破这一基本问题的有效途径。

通过深入研究，该团队发现利用微纳米金属单晶中孪晶变形阻力越小，孪晶变形阻力越大的强晶体外部尺寸效应，当微柱直径减小到亚微米时，最大流变应力可以达到其理想的强度值，并保持压缩塑性。

随后，该团队充分利用组件层厚度的固有尺寸效应，结合其微纳圆柱体的外径尺寸效应，认识到层厚度等于或小于10纳米的亚微米圆柱体的抗压强度可以超过相同成分的非晶合金的理想强度，并且具有20%以上的压缩塑性。

在《自然》和《自然材料》等一级期刊上发表的8篇项目代表性作品被SCI引用577次。其中两篇论文入选美国环境研究所高被引论文，一篇入选“中国100篇最具影响力的国际学术论文”，并被纳入美国和德国科学家撰写的3部学术专著。30份国际会议特别报告，包括国际骨折会议50分钟的主旨报告；他在《自然材料》等杂志上获得了权威国际学者的五次正面评价。部分成果入选2010年“中国高等学校十大科技进步”，获得教育部自然科学奖一等奖。

国际权威学者对该项目给予高度评价，称该项目“颠覆了人们长久以来的直觉”，“提供了一种同步提高合金强度和韧性的有效途径，是一个非常好、精致、巧妙的典型范例”，“提供了行业一直追求的高强度和高韧性的结合”。

让交通大学走向世界舞台

1999年，孙俊获得国家杰出青年科学基金，受聘于长江学者、著名教授。之后，他开始组织和领导他的团队开展相关课题的研究。

“当时，科学研究条件很差，我们没有自己的办公室和实验室。学校没有能力处理科学研究所需的材料，所以学生们一个接一个地跑到实验室外面。实验失败了很多次。尽管受到重创，但队员们从未轻易放弃。他们一遍又一遍地做实验，积累了丰富的经验，磨练了坚强的意志。

2010年初，该团队成功发现了金属孪晶变形的强晶体尺寸效应，并在《自然》杂志上发表了一篇研究论文，实现了Xi交通大学《自然》论文的“零突破”。八年后，当提到那篇文章发表时的情况时，孙俊仍然很兴奋:“因为条件不好，我在文章发表的那天早上就起来看了。能够为交通大学贡献第一个“自然”，每个成员都感到非常兴奋和高兴。”

一棵树不是春天。一百朵花在花园里盛开。谈到白手起家的成功秘诀，孙俊认为，这是因为团队成员都坚持一个共同的目标:他们希望自己的研究成果能够写进教科书，得到国际同行的认可，让Xi交通大学走向世界，让世界了解Xi交通大学。

"能够和这样的团队成员一起工作，我感到非常幸运。"孙俊对他的团队充满感激。用他的话说，在交通大学西进精神的熏陶下，团队中的每一位教师都有一种“革命的集体英雄主义”情结。许多老师如、单志伟、满和李菊团结互助。像丁向东和刘刚这样的老师是高尚的。许多学生如于谦、李素芝和张金渝已经成长为优秀的独立自主的青年教师。

年轻的老师张金渝已经在这个队里十年了。从学生到老师，再到今年的全国“优秀青年”冠军，他对团队的感情始终未变。“这支队伍充满了战斗力和凝聚力。我们在科学研究方面有完全的自主权。教师在科学研究中的严谨态度正在影响着年轻的教师和学生，促使每个人都不要忘记自己的首创精神，把自己的青春献给科学研究。”

《中国科学报》(2018-02-27，第8版)