张泽院士团队/韩晓东等“材料力学行为原子层次研究”成果荣获2020年度国家自然科学奖二等奖

仪器信息网讯 2021年11月3日上午，2020年度国家科学技术奖励大会在人民大会堂举行，2020年度国家科学技术奖共评选出264个项目、10名科技专家和1个国际组织。其中，中国航空工业集团有限公司顾诵芬院士和清华大学王大中院士分获国家最高科学技术奖。

经网络评审组、学科专业评审组、评审委员会和奖励委员会评审，科技部审核，2020年度国家科学技术奖共评选出264个项目、10名科技专家和1个国际组织。其中，国家自然科学奖46项，一等奖2项，二等奖44项；国家技术发明奖61项：一等奖3项，二等奖58项；国家科学技术进步奖157项：特等奖2项，一等奖18项，二等奖137项。有8位外国专家和1个国际组织获中华人民共和国国际科学技术合作奖。

其中，“面心立方材料弹塑性力学行为及原子层次机理研究” 项目荣获国家自然科学奖二等奖，该项目属于材料的组织、结构、缺陷与性能研究领域。材料的弹塑性力学行为及原子机理是材料强韧化提升、加工性能优化的重要科学基础，也是本领域亟待解决的科学难题；发展有效和新的认知方法成为解决该难题的关键。在项目组负责人张泽院士的主持和带领下，韩晓东教授与团队项目组王立华研究员、张跃飞教授、郑坤研究员等其他默默付出的成员一起历经15年深入探索，创建了全新的原位原子层次材料力学行为实验研究方法，并应用于面心立方材料弹塑性行为及原子机理的研究，主要成果如下：

1、创建了材料弹塑性力学行为原子机理研究新方法。发展高空间分辨的材料力学行为原位实验研究方法，是材料领域持续的科学目标。项目突破原有方法分辨率仅为纳米尺度的局限，将其空间分辨率提高至亚埃尺度，实现了原子层次材料力学行为研究的新模式。首次于2007年应用于一维纳米材料弯曲变形；2010年取得2个数量级力学载荷提升的突破，使其普适于二维和块体取样材料；2014年进一步将位移加载精度提高1个数量级，实现亚埃尺度位移可控。被国际同行评述为“opened up the new research area of …”, Appl. Phys. Rev. 2017 (IF:13.67)。

2、提出了“晶格弯曲限域效应”提高材料弹性极限的新途径。不断逼近材料的理论弹性极限是该领域永恒主题。项目首次提出并在原子层次实现“晶格弯曲限域效应”，在镍纳米线中获得了34.6%巨弹性切应变，突破~17%的材料理论弹性极限，发展了近100年前的弹性切应变理论，被Nat. Mater., 2013以“Hyperelastic Nanowires”亮点报道。项目在铜纳米线中实现7.2%的超大拉伸弹性应变，接近理论拉伸弹性极限，Science, 2013指出其为金属中迄今实现的最大拉伸弹性应变。

3、发展了纳米多晶金属塑性理论。围绕多晶金属强韧化的晶粒尺寸极限这一长期基础科学问题，首次在原子层次实验验证了晶粒内位错枯竭理论，阐明了晶粒协同转动的原子机理—晶界位错攀移；发现了全位错-偏位错-晶界位错塑性转变；将 “Hall-Petch效应” 强韧化晶粒尺寸极限由~15纳米更新至~6纳米，发展了纳米多晶金属塑性理论。被美国Mater. Res. Lett.主编Y.T. Zhu评述为“important guidance (重要指导) for…materials with ultra-high strength…”。

4、发现了脆性硅基材料室温脆韧转变及大塑性的原子层次机理。发现脆性硅基材料在小尺度下具有室温脆韧转变行为，在硅及碳化硅纳米线中分别实现了106%和40%的室温大塑性，超出其块体材料2个数量级。揭示了位错形核与非晶化实现脆韧转变的原子机理，解决了脆性硅基材料室温脆韧转变的基础科学难题。成果入选2007年中国高等学校十大科技进展，被评述为：“集现代电子显微学原位表征与纳米材料新异物理性能于一体的原创性成果”。

该项目发表论文53篇，专利5项。8篇代表论文包括：Nat. Commun. 3篇，Phys. Rev. Lett.，Adv. Mater.，Nano Lett. 3篇，总他引1351次。成果被应用于突破复合材料传统设计概念，在块体金属中实现了接近理论极限的超大弹性。项目成员被Nat. Mater.特邀撰文；项目培养杰青/长江1名，优青2名，全国优博及提名奖各1篇。获2016年度北京市科学技术奖一等奖。被教育部组织的211三期重点项目专家组评价为：“在国际上已经形成特色学科方向”。