lrxin-材料物理与化学专业导师张广平

博士生招生导师

材料物理与化学专业导师张广平

时间:2016-09-30 10:52 来源:中科院金属研究所研究生部 作者:admin 点击:

联系方式

中国科学院金属研究所

沈阳材料科学国家(联合)实验室

辽宁省沈阳市沈河区文化路72

邮编:110016

电话与传真:024-23971938

                   E-mailgpzhang@imr.ac.cn

                   主页:http://www.imr.cas.cn/yjtd/gpzhang_team/

学习经历

1984.09-1988.07:沈阳工业大学,金属材料及热处理专业,工学学士

1991.09-1994.06:中国科学院金属研究所,材料物理专业,工学硕士

1994.09-1997.06:中国科学院金属研究所,材料物理专业,工学博士

工作经历

1988.08-1991.08:沈阳钢铁研究所,助理工程师

1997.07-1999.08:中国科学院金属研究所,助理研究员、副研究员(1998.12)

1999.09-2001.08:东京工业大学,日本学术振兴会(JSPS)博士后

2001.09-2001.12:中国科学院金属研究所,副研究员

2002.01-2003.10:德国马普学会金属研究所,访问科学家

2003.11-至 今:中国科学院金属研究所,研究员(2004.01)、博士生导师(2007.04)、创新课题组长
研究领域:

(1)   微纳米尺度器件用材料及其力学行为;

(2)   材料力学行为的界面与表面效应;

(3)   高性能层状材料设计及力学性能;

(4)   先进工程材料长期服役性能(疲劳、蠕变、应力松弛及组织结构稳定性)与寿命评价;

承担科研项目情况:

作为项目负责人或主要参加者,承担了包括中科院百人计划、国家自然科学基金面上项目、中科院国际合作重点项目、科技部“973”计划、自然科学基金重大项目以及沈阳市科技计划等在内的多项科研项目。同时,还承担了若干关键工程领域中金属结构材料长期服役可靠性评价的应用研究课题,主要包括高铁(标准动车电机转轴)、核电(核主泵若干关键部件)、国家电网(新型节能导线及配套金具)、先进制造(增材制造关键构件)以及军工(军工车辆关键部件)等领域中工程材料的力学性能与服役可靠性评价项目。目前,已与德国Karlsruhe Institute TechnologyIImenau University of Technology、澳大利亚Queensland University of Technology、日本Kumamoto UniversityTokyo Institute Technology等国外院校开展了实质性合作研究,先后承担了2007年度国家基金委中-澳科技合作项目、2010年度国家留学基金委中-德合作(PPP)项目、2014年度中科院-亥姆霍兹联合会伙伴团队项目、2015年度澳大利亚ARC Discovery Project等。

Phys. Rev. Lett.Nature Commun.Acta Mater.等国际刊物上发表论文100余篇,撰写专著章节1部、参译译著章节4部,获授权国家发明专利4项。

 

获奖及荣誉:

l  1997年中国科学院院长奖学金优秀奖;

l  1997年中国科学院金属研究所所长奖学金一等奖;

l  1999年日本学术振兴会(JSPS)”博士后奖学金获得者;

l  2004年中国科学院国外引进杰出人才(百人计划)择优支持获得者;

l  2009年辽宁省百千万人才工程百人层次人才获得者;

l  2013年度中科院金属所科技创新奖(基础研究类)获得者;

 

国际国内任职:

中国材料研究学会疲劳分会理事;

EuroSIME系列会议技术委员会委员;

MRSICM等国际会议分会组织者;

MRSGordon Research Conference、全国疲劳与断裂会议等国内外重要会议邀请报告多次;

 

代表论著:

1.       Zhang GP, Volkert CA, Schwaiger R, Wellner P, Arzt E, Kraft O. Length-scale-controlled fatigue mechanisms in thin copper films. Acta Mater 2006, 54(11): 3127-3139.( "Top 50 highly cited articles by a Chinese mainland author" as published in the journal Acta Materialia in 2006 - 2010).

2.       Li YP, Zhang GP. On plasticity and fracture of nano structured Cu/X (X = Au, Cr) multilayers: The effects of length scale and interface/boundary. Acta Mater 2010, 58(11): 3877-3887.

3.       Yan JW, Zhu XF, Yang B, Zhang GP. Shear Stress-Driven Refreshing Capability of Plastic Deformation in Nanolayered Metals. Phys Rev Lett 2013, 110(15): 155502.

4.       Luo XM, Zhu XF, Zhang GP. Nanotwin-assisted grain growth in nanocrystalline gold films under cyclic loading. Nat Commun 2014, 5: 4021.

5.       Luo XM, Zhang B, Zhu XF, Zhou YT, Xiao TY, Zhang GP. Local-structure-affected behavior during self-driven grain boundary migration, MRS Commun 2016, 6:85-91.

6.       Zhang GP, Liu Y, Wang W, Tan J. Experimental evidence of plastic deformation instability in nanoscale Au/Cu multilayers. Appl Phys Lett 2006, 88(1): 013105.

7.       Zhang GP, Zhu XF, Tan J, Liu Y. Origin of cracking in nanoscale Cu/Ta multilayers. Appl Phys Lett 2006, 89(4): 041920.

8.       Li YP, Zhang GP, Tan J, Wu B. Direct observation of dislocation plasticity in 100 nm scale Au/Cu multilayers. Appl Phys Lett 2007, 91(6): 061912.

9.       Wang M, Zhang B, Zhang GP, Liu CS. Scaling of reliability of gold interconnect lines subjected to alternating current. Appl Phys Lett 2011, 99(1): 011910.

10.   Yan JW, Zhang GP. Revealing the tunable twinning/detwinning behavior in 25 nm Cu/Au multilayers. Appl Phys Lett 2013, 102(21): 211905.

11.   Zhu XF, Li YP, Zhang GP, Tan J, Liu Y. Understanding nanoscale damage at a crack tip of multilayered metallic composites. Appl Phys Lett 2008, 92(16): 161905.

12.   Yang W, Zhang GP, Zhu XF, Li XW, Meyers MA. Structure and mechanical properties of Saxidomus purpuratus biological shells. J Mech Behav Biomed 2011, 4(7): 1514-1530.

13.   Li YP, Zhang GP, Wang W, Tan J, Zhu SJ. On interface strengthening ability in metallic multilayers. Scripta Mater 2007, 57(2): 117-120.

14.   Liu HS, Zhang B, Zhang GP. Delaying premature local necking of high-strength Cu: A potential way to enhance plasticity. Scripta Mater 2011, 64(1): 13-16.

15.   Liu HS, Zhang B, Zhang GP. Enhanced toughness and fatigue strength of cold roll bonded Cu/Cu laminated composites with mechanical contrast. Scripta Mater 2011, 65(10): 891-894.

16.   Wang M, Zhang B, Zhang GP, Liu CS. Evaluation of thermal fatigue damage of 200-nm-thick Au interconnect lines. Scripta Mater 2009, 60(9): 803-806.

17.   Yang J, Xu J, Zhang GP. Deformation and damage behavior of colonies in a small-sized alpha/beta Ti alloy. Scripta Mater 2013, 68(9): 715-718.

18.   Zhang GP, Liu Y, Zhang B. Effect of annealing close to T(g) on notch fracture toughness of Pd-based thin-film metallic glass for MEMS applications. Scripta Mater 2006, 54(5): 897-901.

19.   Zhang GP, Wang W, Zhang B, Tan J, Liu CS. On rate-dependent serrated flow behavior in amorphous metals during nanoindentation. Scripta Mater 2005, 52(11): 1147-1151.

20.   Zhu XF, Zhang B, Gao J, Zhang GP. Evaluation of the crack-initiation strain of a Cu-Ni multilayer on a flexible substrate. Scripta Mater 2009, 60(3): 178-181.

 

授权专利:

(1) ZL 2006 1 0047538.3(发明专利):薄膜材料电热力耦合作用下性能测试系统及测试方法;张广平 张滨 于庆源

(2) ZL 2008 1 0228254.3(发明专利):柔性电子基板上薄膜材料可靠性原位测试系统及方法;张广平 朱晓飞 张滨

(3) ZL 2008 1 0011238.9(发明专利):薄膜材料动态弯曲疲劳性能测试系统及测试方法;张广平 朱晓飞 张滨

(4) ZL 2011 1 0302754.9:一种低维导电材料的弯曲疲劳可靠性测试方法;张广平 徐进 张滨 宋竹满

 

主要科研成果:

1 澄清了受约束微尺度金属材料疲劳性能的尺寸效应及损伤机制。发现了当金属材料的几何尺度及微观结构尺度从微米减小到纳米尺度时,疲劳强度逐渐升高、循环应变局部诱发的疲劳挤出/侵入逐渐消失、位错结构由典型的墙/胞逐渐转变为单根位错、疲劳损伤由沿疲劳挤出/侵入开裂到沿界面损伤等一系列重要规律及相关的疲劳尺寸效应;基于几何尺度对位错的约束效应建立了金属薄膜疲劳损伤的理论模型,提出了材料尺度控制的金属薄膜疲劳机制图;有关金属薄膜疲劳行为的研究结果曾被美国材料研究学会的MRS Bulletin[30 (2005) 4]以题目为“Fatigue Properties of Nanometers-Scale Copper Films Elucidated”进行了较大篇幅的正面报道与评论,发表在Acta Mater.上的文章入选“Top 50 highly cited articles by Chinese mainland authors”published in Acta Mater. from 2006-2010

2)澄清了纳米尺度金属薄膜在疲劳加载下的晶界不稳定性机理。提出了循环加载下孪晶辅助纳米尺度金属薄膜晶粒长大的全新物理机制;揭示了疲劳加载下纳米尺度金属薄膜中孪晶形成可以逐渐改变晶粒的局部取向,促使晶界分解为易迁移的片段,两晶粒通过相互的孪晶形成以及晶界的不断分解,逐渐合并长大为一个晶粒的物理过程(Nature Communications (2014))阐明了孪晶辅助纳米晶粒的有限长大对金属薄膜疲劳强度提高的显著作用。这些机制的发现对纳米尺度金属薄膜及纳米晶金属材料的晶界设计及晶界稳定性的利用与调控,发展高强度、高疲劳可靠性的结构金属材料具有较为重要的参考价值。


   3)澄清了纳米层状金属材料的剪切带变形不稳定性机理。提出了切应力诱导纳米层状金属材料塑性变形能力再生的物理机制。在原子尺度上阐明了层状材料中切应力能够解锁层内位错与异质层界面的反应产物,从而促进位错跨过层界面,导致剪切带内组元层能够连续薄化、发生高应变局部化的大塑性变形 (Phys. Rev. Lett. (2013))。揭示了层状材料中某些异质界面除了具有极强的阻碍位错运动能力外,在切应力诱导下该类界面有可能成为像纳米尺度共格孪晶界那样具有吸收甚至容纳位错,从而协调塑性变形的能力;这一切应力诱导机制不仅为包括纳米层状材料在内的超细尺度材料塑性失稳的控制提供了理论线索,且对于利用严重塑性变形技术加工具有纳米尺度微结构的金属材料亦具有重要的应用参考价值。


    (4)澄清了纳米层状金属材料的强化机理及强化能力的界面控制机制。在具有不同单层厚度(微米-纳米)和层/层界面结构(fcc/fccfcc/bcc界面)的Cu-X(Cr, Au, Ni, Ta)层状金属材料中,发现了随组元单层厚度的减小,层状材料强度逐渐升高、塑性与界面失稳倾向增加、断裂由正断向剪断模式转变等重要规律。基于点阵失配概念,提出并建立了层状金属材料的界面强化能力统一模型;基于约束位错运动与跨界面剪切竞争的竞争关系,提出了纳米尺度下层状金属材料塑性失稳的尺度与界面效应的物理机制,阐明了层状金属材料脆性与韧性断裂模式与层状单元的尺度及层/层界面间的内在关系与本质(Acta Mater. (2010), Appl. Phys. Lett.(2006, 2007, 2008, 2013))。在此基础上,提出了基于颈缩延迟提高层状材料塑性的思想,采用大压下量冷轧焊合的方法制备了强韧性匹配较好的Cu/Al层状材料(Scripta Mater.64 (2011))。提出了同材结构层状化提高金属材料强韧性的思想(Scripta Mater. 65(2011)),探索制备了具有较好强韧性匹配和疲劳抗力的Cu/Cu层状材料,为金属材料强韧化的探索提供了一种可能的途径。

5)针对微尺度材料及薄膜材料服役可靠性评价与表征测试难的关键问题(目前尚无统一的国际标准和商业仪器设备),提出了若干评价与表征新方法和新思想,并研制组建了若干测试系统,相关研究获国家发明专利4项。同时,利用这些新方法,采用微尺度样品还研究了若干工程合金中组织结构单元的力学性能(Appl. Phys. Lett. (2011), Scripta Mater.(2009, 2013), J. Appl. Phys. (2014))