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学科专业介绍--材料物理与化学

时间:2013-08-21 16:01 来源:本站原创 作者: 点击:

培养目标

主要培养掌握本门学科坚实宽广的基础理论和系统深入的专门知识和实验技能,具有突出的创新能力和开拓意识,有独立从事科学研究或开发应用能力,具备成为材料科研、教学等领域的将帅型领衔人才的潜力和素质的优秀人才。

 

学科简介

材料物理与化学专业是材料科学与工程一级学科下的二级学科,主要研究材料的微观结构、性能,以及结构与性能的相互关系。是由上世纪五十年代的金属物理专业、八十年代的材料物理专业发展而来。金属所早在1956年就开始在金属物理专业招收研究生, 1956-1965年间金属所共招收研究生46名,其中金属物理专业21人,占总数的46%。当时招生的导师有葛庭燧、郭可信等几位院士,指导教师队伍实力雄厚。

1978年恢复研究生招生制度、1981年国家建立学位制度,金属所首批获得金属物理专业博士学位授予权,当年依托材料疲劳与断裂国家重点实验室、固体原子像开放实验室、国际材料物理中心,以郭可信院士、叶恒强院士为主要学术带头人,培养了大批优秀的硕士、博士研究生。

目前材料物理与化学专业主要依托沈阳材料科学(联合)国家实验室、国际材料物理中心,学科方向不断扩大,一批年轻的学科带头人茁壮成长,2012年该培养点有在学研究生123名,其中博士生87名,硕士生36名。

 

主要研究方向

1、材料的微观结构与电子显微学——金属所是国内固体原子像研究的发源地和人才培养基地,拥有国内最好的研究设备和研究手段以及强大的研究团队,重点研究计算辅助材料中界面结构与缺陷、电子显微学方法研究和传统结构材料中基本科学问题的再认识、新理解。

2、材料的疲劳与力学行为——是金属所的传统优势学科,一直处于国内前列,并具有相当大的国际影响力,

3、磁学与磁性材料——除研发新型磁性材料外,该学科带头人经过长达十几年的研究,提出了三维伊辛模型精确解的猜想,在国际物理学界引起强烈的反响和广泛讨论。

4、计算材料学——金属所负责承担了国家973计划唯一一项计算材料学项目面向性能的材料集成设计的基础问题,并承担了多项国家自然科学基金相关课题。

5、催化材料—是金属所通过引进“千人计划”新发展的一个方向,针对发展节能、清洁、高效的新一代烷烃脱氢和催化氧化材料,在非金属纳米碳催化方面开展了卓有成效的工作,活跃在国际材料与催化领域。

 

学术队伍及主要学术带头人简介

2012年本学科专业有年龄、学历、专业结构合理的学术队伍,共有研究系列编制员工54人,其中85%拥有博士学位。此外,该学科培养点中包括中科院院士1名,高职人员37名,博士生导师18名,百人计划6名,杰出青年基金获得者5。已形成磁学与磁性材料、计算材料学、材料的力学行为、材料失效与保护等多个优势团队。

1)叶恒强:中国科学院院士,博士生导师,主要研究方向是晶体结构与缺陷。主要从事材料学的电子显微学研究,是我国最早从事固体原子像的研究者之一。他和合作者与国外同时独立地发现晶体块体中存在传统晶体学不允许的五次对称性。在此基础上,发现并研究了二十面体对称、八次对称等准晶相,为我国在准晶相实验研究居于国际前列做出了贡献。曾连续三届获国家自然科学奖,其中晶体精细结构的电子衍射与电子显微镜研究,他作为第二作者,1981年获三等奖;五次对称和镍钛钒准晶的发现,他作为第二作者,1987年获一等奖;他与别人合作研究的微衍射及其图象分析”,1989 年获四等奖。目前担任国际期刊《Material Letter》主编,沈阳材料科学国家(联合)实验室理事长。
    2)张志东:研究员,博士生导师,国家杰出青年基金获得者,国家重点基础研究规划(973)项目首席科学家。主要研究方向:磁学与新型磁性材料、功能薄膜材料的合成与表征。用机械合金化、氢粉碎等方法制备了性能达国际先进水平的钐铁氮永磁材料,并对稀土亚稳相的结构和相转变进行了系统地研究。在制备超高矫顽力磁体的技术方面取得突破。在新型轻稀土巨磁致伸缩材料的合成、磁性超微粒子和纳米碳胶囊的制备、磁性薄膜的磁性交换耦合和量子阱效应研究、纳米复合稀土永磁材料的制备和机制研究、巨磁电阻材料的制备等方面取得研究进展,提出了三维伊辛模型精确解的猜想。已在NatureAppl.Phys.Lett.Phys.Rev.BJ.Phys.J.Appl.Phys.等国际学术刊物上发表论文一百多篇。

3马秀良:研究员,博士生导师,中科院百人计划、国家杰出青年基金获得者,2000年获美国ISI“经典引文奖。主要研究方向:材料基础问题的电子影响与研究,材料界面的原子及电子结构。发现可形成稳定十次对称准晶的唯一的二元合金体系(Al-Co合金系),从而改变了先前人们普遍认为的稳定准晶只能存在于三元合金体系这一概念;利用常规电子衍射、会聚束衍射、微衍射及高分辨电子显微术在Al-Co二元合金中发现13种具有纳米级点阵参数的新物相并将之归纳为单斜和正交两大点阵群族,建立了系列新物相的结构模型及它们之间的结构关系,提出准晶相是上述两大晶体群族中共有的极限成员这一重要观点;在Al-Cu-(Cr)合金中发现7种新的物相并确定了它们之间的共生关系。这些新物相的发现和确定不仅建立了准晶体与近似相之间的结构关系同时也丰富和发展了上述合金系早期建立起来的平衡相图。近年采用高空间分辨分析电子显微技术以及在此基础上的定量分析,有效地确定在相溶解中起重要作用的异质界面的原子及电子结构,揭示了不锈钢点蚀初期的MnS溶解机制,澄清了一直以来在不锈钢点蚀研究中存在的争论

4)张哲峰:研究员,博士生导师,中科院百人计划、国家杰出青年基金获得者,全国百篇优秀博士学位论文获得者。主要研究方向:材料疲劳与损伤机制、材料断裂与强度理论、材料界面与力学性能。系统地研究了典型面心立方金属晶体如CuAuAgAlCu-AlCu-Ni的循环应力-应变响应与疲劳位错组态的关系,从元素类型和晶体取向两方面揭示了不同面心立方晶体材料循环应力-应变曲线、表面滑移形貌以及饱和位错组态之间的内在关联与普遍规律。系统地研究了具有单、双和多滑移组元晶体取向的平行、垂直和倾斜晶界铜双晶体的循环应力-应变响应、循环饱和位错组态、驻留滑移带与晶界的交互作用、沿晶和穿晶疲劳开裂机理以及疲劳寿命。从宏观和微观两方面揭示了非晶合金拉伸/压缩剪切断裂的不一致性,归纳了各种非晶合金材料的拉伸与压缩剪切断裂机制, 提出了一个新的统一拉伸断裂准则椭圆准则。

5)卢磊:研究员,博士生导师,国家杰出青年基金获得者,全国百篇优秀博士学位论文获得者,2010当选纳米材料国际委员会(International Community of Nanostructured Materials, ICNM)委员。主要从事块体金属纳米材料的研究工作,包括材料的制备、微观结构、热稳定性,机械性能及其变形机理研究。其中有关纳米晶体Cu的室温超塑延展性的研究成果等工作在著名学术期刊《Science》发表,被评为2000年中国十大科技进展和中国十大科技新闻之一。

 

科学研究及贡献

本学科培养点承担了包括国家973项目、支撑计划项目、国家自然科学基金等各类项目70项,80%56项)是国家项目。近年在以下研究领域取得了研究进展。

在固体原子像研究方面,近年利用电子衍射及高分辨电子显微术发现了数种具有纳米级点阵参数的新物相,利用微衍射技术、高分辨率相干成像技术、非相干原子序数Z 衬度成像技术并结合计算材料学解析了材料中的多种原子及电子结构。利用聚焦离子束(FIB)技术成功地加工出100 nm×100 nm尺度的锆基金属玻璃单轴拉伸试样,发现微观尺度的样品表现出稳定可控的形变行为和良好的拉伸塑性,不仅有助于深入理解金属玻璃室温形变的本质,也揭示了金属玻璃在薄膜和微器件上的潜在应用价值。

磁学和磁性材料研究方面,开展了磁制冷、磁致伸缩等磁性材料的研究,主持了一项纳米重大科学研究计划项目,制备出具有较宽吸收峰的铁氧化物或氧化锌或石墨包裹的FeCo合金的纳米胶囊, 在微波吸收领域具有良好应用前景。

计算材料学方面,针对高温合金、钛合金、铝合金等关键结构材料的性能与工艺开展了第一原理、分子动力学、相场模拟等多方法、多尺度计算研究,为新材料的成分设计等提供了很好的依据。针对各类界面结构及其在外场作用下的演化开展了持续深入的研究,科研成果获得了国际同行的积极认可和好评。

此外,近年引进国外优秀人才,补充和增加了催化材料、净水材料、新型能源材料等功能材料的研究,大大丰富了材料物理与化学培养点的研究内容,为该学科专业培养点的持续发展注入了新的活力。

该学科专业长期在材料的基础理论方面开展持续研究,通过澄清材料理论的一些基本问题,引领学科发展,改变传统观念。

例如:提出利用纳米孪晶强化材料并提高材料综合性能的新径途,在铜和钢铁中实现了超高强度和高塑韧性,突破了传统强化技术提高材料强度的同时必然降低韧性从而制约材料发展的瓶颈,对于研发应用超高强度高韧性的新结构材料有重要指导作用,有望带来结构材料新的突破。该方面研究成果先后在Science等著名学术期刊上发表。

例如:自主发展出动态塑性变形技术,在低温、高应变速率变形条件下可制备较大尺寸具有高密度纳米尺度机械孪晶的块体纯铜样品,孪晶/基体平均层片厚度约为40 nm,其室温拉伸屈服强度达到约600MPa

例如:采用高空间分辨分析电子显微技术以及在此基础上的定量分析,有效地确定在相溶解中起重要作用的异质界面的原子及电子结构,揭示了不锈钢点蚀初期的MnS溶解机制,澄清了一直以来在不锈钢点蚀研究中存在的争论

2006-2010年,本学科专业共发表科研论文969篇,其中SCI EI ISTP三大检索收录940篇。包括在SciencePRLActa Materialia等知名学术期刊发表论文数十篇。

 

人才培养与就业

本学科专业毕业生中2人当选中科院院士,3人获得全国优秀博士学位论文奖,1人获全国优秀博士学位论文提名奖。6人获得中科院院长特等奖。

有史以来,材料一直关系着人类社会生存与发展,当代,材料、能源、信息构成了社会文明和经济发展的三大支柱,其中材料更是科学技术发展的物质基础和技术先导。材料作为现代工业的基础,受到社会的广泛关注,近年国家对材料专业的高端人才具有持续增长的需求。

2000年之前该学科专业培养的毕业生主要在国内外高校、研究机构深造、就业,此后有更多的毕业生选择到工业界和产业部分就业,由于该学科点培养质量优异,近年就业率均达到100%