科研創(chuàng)新 勇攀高峰

劉丹

利用射線和物質(zhì)相互作用是獲得微觀結(jié)構(gòu)知識的一種有效手段。但常用的射線如X射線、光等都只適合揭示物質(zhì)靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動力學(xué)特性的某些方面。隨著反應(yīng)堆的出現(xiàn)，科學(xué)家開始從反應(yīng)堆或高功率質(zhì)子加速器中引出較強的中子束流探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)。中子發(fā)現(xiàn)于1932年，中子衍射是中子與原子核相互作用的結(jié)果，中子衍射可以觀測物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以確定原子，特別是氫原子，在晶體中的位置和分辨周期表中鄰近的各種元素。中子因其很高的穿透能力，特別具很強的原位研究能力，在工程材料研究領(lǐng)域備受矚目。

在我國，北京科技大學(xué)新金屬材料國家重點實驗室長江學(xué)者特聘教授王沿東教授率領(lǐng)科研團隊，長期從事x射線與中子衍射應(yīng)用金屬材料結(jié)構(gòu)與微結(jié)構(gòu)分析與表征研究，在國際上率先開展應(yīng)用同步輻射高能x射線衍射原位表征材料微結(jié)構(gòu)單元研究，取得了諸多創(chuàng)新成果，使我國中子衍射應(yīng)力測量與分析水平有望在短期內(nèi)達到世界先進水平，受到世界各國知名研究所的廣泛關(guān)注。

崢嶸歲月，立志報國

王沿東雖出身于知識分子家庭，童年卻隨父母在偏遠的山村度過，這培養(yǎng)了他獨立、堅韌的性格。高中畢業(yè)后，他考入東北工學(xué)院材料科學(xué)與工程系，后被國際著名結(jié)構(gòu)專家梁志德教授課題組接收為碩士研究生，為他在X射線衍射與結(jié)構(gòu)研究方面打下堅實的基礎(chǔ)。碩士畢業(yè)后，他到北京科技大學(xué)求學(xué)，師承著名材料學(xué)家陳國良院士攻讀博士學(xué)位。博士畢業(yè)后，他前往法國梅斯大學(xué)進行合作研究。多元文化的求學(xué)路及高交流互動性為他后來的科學(xué)研究創(chuàng)新打下了基礎(chǔ)。

在法國工作期間，王沿東了解到金屬形變過程中由于材料各向異性導(dǎo)致的第二類（微觀）應(yīng)力研究是困擾國際材料界的難題之一。在聽取了瑞典皇家科學(xué)院1994年諾貝爾物理獎的公告后，他敏銳的意識到，中子衍射應(yīng)用于工程材料領(lǐng)域的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究工作，特別是重要工程部件的內(nèi)應(yīng)力測量、結(jié)構(gòu)測量、材料處理過程的原位研究及大型構(gòu)件的應(yīng)力測量技術(shù)具有重要的科學(xué)與應(yīng)用潛力。另一方面，由于這種微觀應(yīng)力與材料結(jié)構(gòu)形成密切相關(guān)，將結(jié)構(gòu)研究與應(yīng)力測量分析有機結(jié)合起來，可以解決很多材料科學(xué)中未解難題。

時不待我，王沿東立即申請到瑞典中子科學(xué)研究中心（附屬于世界著名的烏普薩拉大學(xué)）博士后的位置，開始從事應(yīng)用中子衍射研究材料結(jié)構(gòu)與應(yīng)力的工作。通過與那里的中子衍射科學(xué)家合作，他很快創(chuàng)建了直接從實測應(yīng)變數(shù)據(jù)進行第二類應(yīng)力分析的球諧級數(shù)法，解決思路是：定義一個與晶粒取向相關(guān)的應(yīng)力分布函數(shù)（SODF），采用低階廣義球諧級數(shù)展開式予以描述；利用三維彈塑性模型給出的約束條件，從不同實測點陣應(yīng)變分布求解一組帶約束條件的由應(yīng)變分布與級數(shù)系數(shù)相關(guān)聯(lián)的非線性方程，由之確定SODF的低階球諧級數(shù)的系數(shù)。SODF分析術(shù)不僅可以給出雙相材料的平均相間應(yīng)力，而且可以得到與晶體取向相關(guān)的相間匹配應(yīng)力的定量信息。該理論的提出受到應(yīng)力與結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的廣泛關(guān)注，為王沿東后來的研究工作打下了堅實的基礎(chǔ)。

科研創(chuàng)新，勇攀高峰

王沿東的主要研究方向是中子與同步輻射技術(shù)在金屬材料形變與相變應(yīng)用以及新型磁驅(qū)相變合金與新型超彈合金研究，并不斷取得新的突破。

——提出晶粒取向相關(guān)應(yīng)力分布函數(shù)概念，建立了國際領(lǐng)先水平的多晶材料第二類應(yīng)力分析球諧法，發(fā)展了脈沖中子源同時測量、分析第二類與第三類內(nèi)應(yīng)力的新技術(shù)，通過揭示不同疲勞周次下奧氏體不銹鋼的第二類與第三類殘余內(nèi)應(yīng)力的變化規(guī)律，提出了各向異性材料疲勞過程中這兩類應(yīng)力變化的比率作為監(jiān)測材料損傷的新判據(jù)，學(xué)術(shù)思想被美國標準技術(shù)研究院及康乃爾大學(xué)等國際著名研究小組采用。

——利用中子衍射、同步輻射微束衍射技術(shù)，建立了跨越微米到毫米量級的多尺度微觀與宏觀應(yīng)力測量、表征與模擬方法。研究航空用高強鋁合金等重要工程部件材料及模擬部件，形變/相變過程中多尺度應(yīng)變與應(yīng)力演化規(guī)律。

——利用同步輻射與中子散射技術(shù)，定量研究應(yīng)力誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)變特征合金的微觀力學(xué)行為，建立微結(jié)構(gòu)演變與微應(yīng)力配分的微觀力學(xué)模型，特別是通過實驗和模擬結(jié)合的方法，解決確定形變過程中馬氏體與鐵素體的應(yīng)力定量配分的難題。該研究將微觀組織演化細節(jié)、微觀塑性變形與微觀應(yīng)力——應(yīng)變傳遞、相變與形變交互作用等揭示形變物理新機制的引進金屬形變過程，為發(fā)展跨越微米到毫米量級的多尺度各向異性連續(xù)體塑性變形的定量模型奠定基礎(chǔ)。

——利用獨特的原位高能X射線衍射技術(shù)，深入系統(tǒng)研究了磁、溫度、應(yīng)力場耦合作用下鐵磁（反鐵磁）磁驅(qū)相變材料，給出鐵磁形狀記憶合金中磁誘導(dǎo)反相變的直接晶體學(xué)證據(jù)，首次揭示多場下馬氏體變體選擇重要基礎(chǔ)規(guī)律，揭示NiCoMnIn合金巨磁致伸縮效應(yīng)的物理新機制，提出反鐵磁材料的變體選擇完全不同于鐵磁材料的新學(xué)術(shù)觀點。

——利用高能X射線漫散射技術(shù)，揭示了應(yīng)力誘導(dǎo)預(yù)馬氏體納米疇擇優(yōu)再取向可以導(dǎo)致超彈變形，這種機制可產(chǎn)生窄應(yīng)變滯后的特征，從新角度揭示了不同于傳統(tǒng)相變機制的超彈物理本質(zhì)。根據(jù)發(fā)現(xiàn)的窄滯后特點，通過巧妙合金設(shè)計，在幾種合金體系中找到了具有窄滯后超彈行為的新合金。

——提出了同步輻射高能X射線衍射技術(shù)分離形變結(jié)構(gòu)與再結(jié)晶結(jié)構(gòu)的新定量方法及現(xiàn)代材料結(jié)構(gòu)分析的改進最大熵法，將結(jié)構(gòu)分析推廣到原來很難進行的復(fù)雜晶結(jié)構(gòu)物質(zhì)，為結(jié)構(gòu)的準確定量分析和結(jié)構(gòu)研究范圍的拓展提供了有效的方法。

兢兢業(yè)業(yè)，碩果累累

多年來，王沿東教授為祖國培養(yǎng)了眾多中子衍射在材料工程領(lǐng)域研究的新型人才。他還建立中子衍射工程材料研究創(chuàng)新團隊，并致力于航天、航空用渦輪發(fā)動機葉片及某類重要軍事用途等關(guān)鍵大型工程部件宏觀與微觀應(yīng)力原位檢測技術(shù)、新研究方法及應(yīng)用和先進結(jié)構(gòu)與功能材料的制備過程與功能行為的原位研究。

目前，他的研究團隊已發(fā)表被SCI收錄的國際刊物論文150余篇，包括在國際權(quán)威雜志如《科學(xué)》、《自然材料》、《先進材料》等發(fā)表多篇有影響力的學(xué)術(shù)論文。他還多次在美國TMS年會上組織專題研討會或作特邀報告，研究成果被《Materials Today》報道，先后入選教育部“新世紀優(yōu)秀人才支持計劃”、教育部“長江學(xué)者獎勵計劃”特聘教授，2007年獲國家杰出青年基金。

在不斷創(chuàng)新的前提下，我國已經(jīng)建成兩個新的反應(yīng)堆中子源，工程材料研究相應(yīng)譜儀也基本投入運行，特別是科學(xué)院在東莞開始建設(shè)的中國散裂中子源的建立，可望使我國在中子衍射應(yīng)力測量方面的研究居世界先進水平。國家“973”與“863”等重大研究計劃，明確將中子衍射方法作為高性能結(jié)構(gòu)材料專題研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。對于未來中國創(chuàng)新力的發(fā)展，王沿東認為現(xiàn)有科研體制與科研基金的分配嚴重阻礙了科技創(chuàng)新，比如某些院士，沒有從事過中子散射，甚至以前都沒有親眼見過中子衍射裝置，但可以從國家申請幾千萬甚至上億的科研基金項目建設(shè)中子衍射譜儀，最終他們建設(shè)的落后譜儀可能成為某類不學(xué)無術(shù)的“科學(xué)政客”向上邀功請賞的砝碼，為中國科學(xué)發(fā)展貢獻了低質(zhì)量的科學(xué)GDP；另一方面，相關(guān)部門應(yīng)該為科研人員創(chuàng)造一個好的科研環(huán)境，并為年輕創(chuàng)新人才提供更好的待遇，讓祖國的科技之花更加長久的綻放，為祖國的經(jīng)濟建設(shè)提供不竭的動力。endprint