打破國際技術(shù)封鎖服務(wù)國家重大戰(zhàn)略
——走進金屬基復(fù)合材料國家重點實驗室

研究方向及成果

近5年，實驗室承擔了大量的國家重大科研任務(wù)，實到科研經(jīng)費5.4億元。獲國家自然科學(xué)獎二等獎1項，國家技術(shù)發(fā)明二等獎1 項，省部級一等獎8 項；授權(quán)國家發(fā)明專利516 件，制定國家標準5 項；發(fā)表學(xué)術(shù)論文2469 篇（其中2275 篇被SCI 收錄，SCI 他引18182 次），取得了一系列有國際水平和影響力的研究成果。主要研究方向及代表性成果包括：

（1）先進高性能鋁基復(fù)合材料。

輕質(zhì)高強鋁基復(fù)合材料在空間技術(shù)、重大裝備等高技術(shù)領(lǐng)域具有重要的戰(zhàn)略地位，國際上一直對我國實施技術(shù)封鎖和材料禁運，自主發(fā)展先進高性能鋁基復(fù)合材料至關(guān)重要。實驗室對接國家重大戰(zhàn)略需求，針對制約先進高性能鋁基復(fù)合材料復(fù)合制備難、界面表征難、強韌匹配難等關(guān)鍵科學(xué)問題，獲得了一系列突破性的創(chuàng)新成果：多元體系的熱力學(xué)理論建模揭示了界面物理化學(xué)相容性；復(fù)合界面的微納力學(xué)研究解決了界面定量表征的國際難題；建模擬實揭示了復(fù)合材料變形與失效機制并可預(yù)測性能；微納磚砌仿生復(fù)合化研究提出的學(xué)術(shù)思想和建立的技術(shù)原型，解決了長期以來困擾復(fù)合材料的強韌失配難題。

在理論指導(dǎo)下，研制出多品種、多規(guī)格、高性能系列鋁基復(fù)合材料及實用關(guān)重構(gòu)件，并成功應(yīng)用于我國多個重大工程和重要型號上，為探月工程、載人航天工程、對地觀測和通訊衛(wèi)星等國家重大工程中的40 余個重大型號提供關(guān)重構(gòu)件10000 余件，為支撐我國航天等領(lǐng)域發(fā)展作出了重大貢獻。

相關(guān)成果獲國家自然科學(xué)二等獎1 項、國家技術(shù)發(fā)明二等獎1 項、省部級技術(shù)發(fā)明一等獎3 項。

（2）鎂基材料強韌化、復(fù)合化、功能化及應(yīng)用。

發(fā)展集結(jié)構(gòu)與功能特性于一體的先進鎂及鎂基復(fù)合材料，對于滿足航空航天領(lǐng)域需求具有重要的作用。實驗室緊繞國家重大需求，建立了高性能鎂稀土合金多元復(fù)合強韌化理論，探索出了粉末冶金原位合成硼化稀土/氮化稀土納米顆粒增強鎂稀土合金的復(fù)合化新途徑，形成了系列的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的鎂合金，5 個牌號鎂合金列入國家標準，2 個牌號列入國際鎂合金標準。創(chuàng)制出具有核殼結(jié)構(gòu)的納米鎂-稀土復(fù)合儲氫材料，突破了鎂基儲氫材料批量制備的工藝難題，制備能力提高到噸級/年；研發(fā)出了高強韌、高生物相容性、降解行為可控、廣譜抗菌功能的專利醫(yī)用鎂合金；首次實現(xiàn)系列高性能鎂稀土合金在航空航天用大型復(fù)雜主承力結(jié)構(gòu)部件上的應(yīng)用，共計研制了20 余種、1000 余套輕量化關(guān)鍵部件，為我國裝備輕量化和國家安全作出了重大貢獻。

相關(guān)成果獲國防技術(shù)發(fā)明一等獎1項、上海市技術(shù)發(fā)明一等獎1項、上海市自然科學(xué)二等獎1 項。

（3）高性能鈦基復(fù)合材料與高溫合金。

研制高性能鈦基復(fù)合材料和高溫合金大規(guī)格、復(fù)雜結(jié)構(gòu)關(guān)重部件，對于支撐我國航空航天需求具有重要的戰(zhàn)略意義。實驗室圍繞制約鈦基復(fù)合材料和高溫合金形變加工難和精密鑄造成型難等關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問題，解決了鈦基復(fù)合材料大變形難題，為高性能鍛件研制提供了理論依據(jù)；利用增強體能夠抑制基體粗晶的增殖和生長，提高液態(tài)流動性和熔體充型能力，解決了復(fù)雜構(gòu)件精密鑄造成型難題，實現(xiàn)了高性能鈦基復(fù)合材料及高溫合金精密成型的應(yīng)用基礎(chǔ)理論創(chuàng)新。

在重大工程應(yīng)用中取得了重大技術(shù)突破：為航天批量提供高強高模原位自生鈦基復(fù)合材料及構(gòu)件21批次、300 余套產(chǎn)品；開發(fā)高溫合金大型鑄件精密成型技術(shù)，為航空航天提供關(guān)重構(gòu)件，達到世界先進水平，為國家安全建設(shè)作出了重要貢獻。

（4）耐特殊服役環(huán)境特種功能復(fù)合材料。

為滿足國家重大戰(zhàn)略的迫切需求，進一步發(fā)展新型聚合物基復(fù)合材料，實驗室發(fā)展了跨尺度增強功能體兼容方法、界面增強缺陷衍生控制方法，為研制“大潛深、高耐壓”的特種材料提供了理論依據(jù)與實用途徑。開展了下一代超支化聚合物組裝和復(fù)合技術(shù)的前沿研究，建立了國際上第1 個超支化聚合物組裝與復(fù)合理論模型，有效指導(dǎo)了材料設(shè)計、合成組裝及性能調(diào)控，為新型聚合物發(fā)展提供了理論基礎(chǔ)，研究成果處于國際前列。

實驗室研制的多個系列特種功能復(fù)合材料已成為我國唯一和不可替代材料，長期為裝備提供配套。

相關(guān)成果獲上海市科學(xué)技術(shù)一等獎1 項。

（5）分級結(jié)構(gòu)光功能能量轉(zhuǎn)換與存儲材料的基礎(chǔ)研究。

分級結(jié)構(gòu)光功能能量轉(zhuǎn)換與存儲材料基礎(chǔ)研究系面向未來材料新型結(jié)構(gòu)發(fā)展的前瞻性基礎(chǔ)研究。實驗室面向?qū)W科發(fā)展前沿，在新型功能復(fù)合材料領(lǐng)域取得一系列原始創(chuàng)新成果：提出巧借自然生物精細構(gòu)型，通過“結(jié)構(gòu)傳承、材質(zhì)置換”構(gòu)筑既秉承自然生物精細構(gòu)型特征，又有人工材質(zhì)特性的“遺態(tài)材料”學(xué)術(shù)新思想，為高性能構(gòu)型化材料研究提供了新原理、新方法，受國內(nèi)外同行矚目和跟蹤研究；制備出適于鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定、高導(dǎo)電性的重摻雜型電荷傳輸層材料（Science 2015），開發(fā)了大面積高效鈣鈦礦太陽能電池模塊，在面積36cm2的模塊器件上獲得12.1%的認證效率（Nature 2017），構(gòu)建穩(wěn)定異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，為提升器件穩(wěn)定性提供了全新的思路（Science 2019），推動了低成本太陽能電池研究和未來大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化進程，在國際上引起巨大關(guān)注和反響，推動了學(xué)科交叉及相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。

相關(guān)成果獲上海市自然科學(xué)一等獎1 項。

科研平臺與隊伍建設(shè)

實驗室現(xiàn)有50 萬元以上的儀器設(shè)備60 臺/套，現(xiàn)有儀器設(shè)備總值1.6 億元；實驗室分析測試設(shè)備齊全，建設(shè)了系統(tǒng)、先進的材料結(jié)構(gòu)分析表征、性能測試、計算模擬平臺。實驗室構(gòu)建了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型復(fù)合材料制備技術(shù)原型和制造裝備平臺，自主研發(fā)核心裝備14 臺/套。其中，自主研制的“噸級復(fù)合熔煉成套設(shè)備”可制備出世界上最大的噸級鋁基復(fù)合材料鑄錠，支撐了我國航空、航天等領(lǐng)域重大工程專項的順利實施。

實驗室現(xiàn)有固定人員88 人，其中教授（研究員）61 人，副教授（高工）23 人。擁有科學(xué)院院士1 人，工程院院士1 人，國家杰青11 人，長江特聘教授10 人，國家優(yōu)青5 人，青年長江學(xué)者4 人，7 人次擔任國家973計劃項目和國家重點研發(fā)計劃項目的首席科學(xué)家，國家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新群體1 個，固定研究人員中90%以上具有博士學(xué)位。實驗室現(xiàn)有在站博士后104 人，在讀碩士研究生301 人，在讀博士研究生433 人。實驗室已成為我國復(fù)合材料研究領(lǐng)域高水平人才培養(yǎng)和聚集基地。

國內(nèi)外合作與交流

實驗室高度重視并積極促進與國內(nèi)外大學(xué)、科研院所及企業(yè)開展實質(zhì)性學(xué)術(shù)交流與合作，極大地提升了在國內(nèi)外的學(xué)術(shù)影響力，推動了實驗室發(fā)展。

在國際合作方面，2015年實驗室獲批教育部和外專局“111”國際合作引智基地——先進輕金屬材料創(chuàng)新引智基地，2017年獲批科技部國家“多尺度復(fù)合材料國際聯(lián)合研究中心”，搭建國際合作交流的平臺。實驗室已與日本物質(zhì)材料研究機構(gòu)、美國西北大學(xué)、瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院、德國柏林大學(xué)和加拿大魁北克大學(xué)等簽署了正式合作協(xié)議，開展合作研究，共同培養(yǎng)研究生，互派訪問學(xué)者，共同發(fā)表合作論文。通過國際合作與交流，大大提升了實驗室的國際影響力與研究實力。

在國內(nèi)合作方面，實驗室與中科院金屬所、哈工大等多家研究機構(gòu)針對國家戰(zhàn)略需求開展系統(tǒng)的深入合作，引領(lǐng)國內(nèi)行業(yè)重大科學(xué)問題的研究攻關(guān)和行業(yè)人才隊伍的培養(yǎng)。此外，實驗室與中國平煤神馬集團和百色百礦集團有限公司等大企業(yè)成立聯(lián)合研究中心16 家，通過產(chǎn)學(xué)研合作，實現(xiàn)基礎(chǔ)研究的應(yīng)用轉(zhuǎn)化，為國家高科技發(fā)展提供動能。