LAM Fellow系列讲座回顾 | Brian Cantor

来源:材料基础科学中心 更新时间:2025-05-16

  2025年5月14日,辽宁材料实验室举办了第二届LAM Fellow学术活动,包括LAM Fellow Forum学术论坛和LAM Fellow Ceremony典礼报告两部分。LAM Fellow获得者牛津大学Brian Cantor教授,以及重庆大学黄晓旭教授、香港大学陆洋教授和西安交通大学韩卫忠教授应邀来到实验室进行学术访问和交流。辽宁材料实验室主任卢柯院士参加活动,并为Brian Cantor教授颁发“LAM Fellow”聘书。学术活动由辽宁材料实验室副主任韩拯主持。

LAM Fellow会议合影

卢柯院士为Brian Cantor教授颁发“LAM Fellow”聘书

  在LAM Fellow Forum学术论坛环节,西安交通大学韩卫忠教授作题为“The intrinsic high fracture resistance of titanium”的学术报告。钛及钛合金作为一种轻质、高强、耐腐蚀的金属材料,被广泛应用于航空航天、海洋工程和生物医用领域。近年来,随着“损伤容限”设计理念在工业界的不断推进,断裂韧性的不足限制了钛及钛合金在一些关键负载条件下的应用。针对这一问题,韩教授对纯钛的断裂韧性进行了系统研究,发现钛中的氧杂质是造成其断裂韧性不足的主要因素。通过创新性降低氧杂质含量,成功克服了密排六方结构金属钛在室温条件下 轴变形模式难以启动的难题,并发现了一种全新的递进韧化新机制。成功将纯钛断裂韧性提升至255 MPa∙m 1/2,打破“钛材料断裂韧性上限130 MPa∙m 1/2”的传统认知,较传统钛合金实现倍增,刷新金属材料断裂韧性纪录,为设计高损伤容限钛合金提供了新思路。

韩卫忠教授报告

  重庆大学黄晓旭教授作题为“Three-dimensional electron microscopy study of deformation mechanisms in nanometals”的学术报告。传统电镜技术受限于二维成像模式,只能观察样品的表层,或者观察材料内部三维结构的二维投影,这大大限制了人们对材料微观组织的认识。由于更多更深层次的材料科学问题需要纳米级甚至原子级的三维表征技术,将空间分辨率从微米级提高到纳米级,需要提高三个数量级,这是一个巨大的挑战。针对这一问题,黄晓旭教授通过软硬件协同创新,持续优化三维取向显微成像技术(3D-OMiTEM),开发了一系列基于电子衍射的三维透射电镜技术。该技术为纳米尺度多晶体结构参数的高通量表征开辟新路径,其三维解析能力可突破传统二维观测局限,揭示材料微观组织的新型演化规律。研究表明,三维研究能够发现二维分析难以捕获的关键现象,为深入理解纳米材料行为提供全新视角。利用三维取向成像技术,首次实现了纳米金属塑性变形的三维电镜研究。发现了纳米金属塑性应变可恢复的反常现象,并揭示了这一现象的物理本质。最后,黄晓旭教授进一步提出了从三维取向显微成像技术到四维取向显微成像技术的未来展望。

黄晓旭教授报告

  香港大学陆洋教授作题为“Architected multicomponent alloy metamaterials”的学术报告。多主元合金(MPEAs)因其独特的成分可调性和优异的力学性能,成为超材料设计的前沿研究对象。陆洋教授聚焦于多主元合金超材料的构筑,围绕三个核心议题展开:(1)微晶格结构的设计与制造,通过成分优化和拓扑构型调控实现轻量化与高性能的协同;(2)采用高分辨率选择性激光熔化(HR-SLM)技术精密制备高熵合金微晶格,系统分析工艺参数对晶格缺陷、微观组织和力学性能的影响;(3)功能性金属微晶格的应用探索,重点讨论其在航空航天轻质结构、冲击能量吸收装置及生物医学植入体等领域的应用潜力。研究结果表明,基于HR-SLM的多主元合金超材料可实现结构——功能一体化设计,为新型高性能超材料的开发提供重要参考。

陆洋教授报告

  在上午三个精彩学术报告后,Brian Cantor教授结合自己几十年的学术经历,从三个关键词(Cottrell shocks, Atomic engineering,和Fractal behavior)开始,对材料科学研究的前景进行了精彩的评述。他认为,随着研究越深入,认知得越多,对这个世界的复杂性就会有更深层次的认识。材料科学的前沿,正如地图海岸线的分形行为,不断地放大,就会不断地显现新的细节和转角。虽然每个材料科学研究者的知识储备越来越多,但在如今这个信息爆炸性增长的时代,每个个体的认知范畴反而显得越来越小了。不过,论坛的三个报告非常有代表性,体现了材料科学的重要前沿,给了我们深刻的启示:借助电子显微镜和相关的原子操控技术来放大材料科学的分形性行为,利用冲击波等先进技术手段展现出材料的非凡物理行为,多组分超材料的构筑手段的交叉引入,就能不断进化发展材料科学研究的新范式,拓展颠覆性材料研发的新边疆,提升我们在重大研究成果方面的“缘”(serendipity)。

  LAM Fellow Ceremony典礼报告环节,Cantor教授作题为“Multicomponent high-entropy Cantor alloys”的学术报告。人类的一切进步都依赖于新材料的创造,而所有材料本质上都是合金,即由不同原材料或组分混合而成。因此,人类文明史就是一部通过发现新合金不断发明新材料的历程。近年来,多主元合金(高熵合金)的制造开创了材料研发的新范式,揭示出潜在材料总数极为庞大,甚至超过银河系中的原子数量——这意味着我们面前还有无数神奇的新材料等待发掘。多组元相空间内惊人地存在着大量单相多组元固溶体,其中首个被发现的研究体系被命名为Cantor合金,这类材料以最初等原子比的五组元合金CrMnFeCoNi为基础,在极广的成分范围内保持单相面心立方结构。

  本次报告中,Cantor教授逐步介绍了合金发展的历史脉络、多组分合金的发现历程、多组分相空间的结构特征、Cantor合金等多组分固溶体的基础热力学原理、此类材料中原子/纳米尺度局部构型的复杂性,及其对原子扩散、位错滑移等特性的影响,由此衍生出的卓越力学性能与其他特性,以及它们在高强度、耐腐蚀、抗辐射、节能可循环等领域的应用前景。

Brian Cantor教授报告

  在报告会后的互动环节中,与会专家学者围绕高熵合金这一前沿材料展开了深度交流。各位教授针对高熵合金的微观结构调控、力学性能优化等关键科学问题,与现场材料科学领域的青年学者和高校代表进行了热烈讨论。Cantor教授以幽默且深刻的视角,结合科研与人生哲学,与现场及线上观众分享了独到见解。此次研讨不仅促进了学术思想的碰撞,也为后续工程应用奠定了良好基础,进一步推动了高性能合金与超材料的研究与发展。

  辽宁材料实验室副主任王京阳,辽宁材料实验室副主任、党委副书记李秀艳出席活动,东北大学、中南大学以及线上、线下共计1万余人聆听报告。

卢柯院士与Brian Cantor教授交流

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