支撑国家重大战略需求的四所重点实验室：科研实力与所取的成果有多强？
2021-11-09 16:02:34
作者： 材料人 来源： 材料人
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在这个竞争日趋激烈的国际社会，各国都非常重视自身高科技的发展，以便在竞争者处于不败之地。材料作为一门基础学科，应用在生活的方方面面，其先进性往往能决定一个时代，例如原始人类使用的是最简单的石器，春秋战国的青铜器，现代社会则迈入了铁器时代，正在向人工智能材料大步迈进。同时各种高科技材料，如制备芯片的单晶硅，石墨烯，C/C复合材料等，都在不断的推动着社会文明的前进。国内各大高校和科研院所也基本都开设有材料学科，他们都在为国家的材料事业贡献者自己的力量。对于那些成果和科研实力极为突出的一些高校以及院所，则设置了国家级的重点实验室，以促进基础科学与成果转化的重大突破。这些重点实验室主要服务于国家重大战略，支撑着关系国防民生等重大领域的材料研发以及科研任务。在这里，借助材料人这个优秀的平台，笔者为大家盘点四个国家级别的重点实验室，它们在我国的材料事业中表现非常亮眼。
沈阳材料科学国家研究中心是我国首批建设的6个国家研究中心之一，是在原沈阳材料科学国家（联合）实验室和已形成优势学科群的基础上组建，代表着国内材料等领域最为先进的实验室，所取成果也是可圈可点。研究中心主要针对材料领域核心科学问题和共性关键技术问题，开展基础及应用基础研究。目前研究中心已成为引领材料基础科学发展的国家级平台，形成了显著的国际学术影响力，一大批材料科学家也纷纷登上国际材料的大舞台，我们比较熟悉的就有卢柯、成会明院士以及陈星秋，王京阳等研究员，他们的研究不是跟随国际重大研发领域，而是在引领整个学术界。国家研究中心的任务是促进材料技术进步和材料品质提升，催生材料新技术，满足国家重大工程和经济建设可持续发展的需求。同时营造学科交叉融合创新的学术环境，凝聚和培育一批国际一流的材料科学家和专业技术人才。国家研究中心的定位是创建国际一流的综合性材料基础研究平台，并使之成为从事材料科学前沿性学科交叉以及共性关键技术研究的国家级科技创新中心、人才培育中心、学科引领中心、科学知识传播和成果转移中心，为实施创新驱动发展战略提供源头动力并促进我国材料科技和相关产业的跨越发展。国家研究中心的主要研究方向可分为：材料动力学，材料结构与缺陷，纳米金属材料，陶瓷及复合材料，先进碳材料，生物基材料及仿生构筑，功能纳米材料以及器件，先进钢铁材料，材料设计与计算等10大方向。自2000年以来，国家研究中心获得国家最高科技奖一次，国家自然科学二等奖两次，国家科学技术进步二等奖和国防科学二等奖各一次。最为突出的贡献则在于基础研究的重大突破，截止目前，卢柯院士团队已斩获13篇Science，成会明院士团队同样在Nature &Science及其子刊斩获了高达20多篇高水平论文，张哲峰研究员，马秀良研究员等同样将多项研究成果刊表在Nature &Science及其子刊。其余的国际知名期刊，例如，Phys. Rev. Lett、ACS Catalysis、Acta Mater等也刊表了国家研究中心的许多成果，不胜枚举。在重大原创性成果方面，沈阳材料科学国家研究中心是当之无愧的位列全国第一，催生了很多新技术以及基础研究的重大突破，是保证国防民生的“国家队”。北科大一度被认为是材料领域的“航空母舰”，在材料学科的实力可见一斑。无论在基础研究还是工程应用，北科大一直走在全国高校的前列，尤其在钢铁领域。新材料国家重点实验室于1990年通过国家批准。其定位是立足于金属材料学科前沿、国民经济的重大需求，开展以新金属材料研发和传统材料升级换代为目的的前沿探索和应用基础研究。主要的研究内容和方向分为以下5个方面：(1)前沿金属材料应用基础研究，主要包括金属间化合物、非晶/高熵合金、高温合金等新型金属结构材料；(2)新型功能材料应用基础研究，包括电、磁、声、光、热等功能材料与器件；(3)先进钢铁材料应用基础研究，包括高性能钢铁材料的创新设计、组织-性能关系、绿色制造、服役行为及应用；(4)材料制备新工艺新技术，包括高端关键金属材料制备新原理、新技术、新工艺与装备研发；(5)材料基因工程技术及应用，构建“理性设计-高效实验-大数据技术”深度融合的材料研发新模式，形成面向应用的全链条创新能力；目前，实验室吕昭平教授在国际顶刊《Nature》发表了三篇论文，在高熵合金以及超强钢方面取得了重大突破。另外，吕昭平教师还在2018年度获得国际自然科学二等奖。在金属顶刊《Acta Mater》上发表论文50余篇。其余教授，例如张跃，王沿东，谢建新等的成果也在有力推动着国家材料事业的进步。1.3 东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室材料的轧制是提高力学性能与成材的关键所在，而在金属材料的轧制领域，东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室在国内具有统治性地位，在国际上也取得了瞩目的成绩。实验室主要针对冶金工业发展进程中的核心共性技术问题，开展高质量、低成本绿色轧制技术、重大冶金装备研发及产业化、高品质钢铁及有色金属材料开发等相关科研工作，为轧制领域技术的创新提供了原创性理论和关键技术支持。是世界钢铁业中“中国理念”——“绿色制造、制造绿色”的主要倡导者和推动者。目前，国内各大钢厂，例如鞍钢，宝钢，首钢，河钢，唐钢等一批关系国家重大国防，交通运输以及民生的知名钢企都与轧制技术及连轧自动化国家重点实验室建立了良好的产学研关系，并取得了许多重大突破。从成果转化的角度来看，轧制技术及连轧自动化国家重点实验室具有非常大的优势。当然，产业化做的很好则在另一个角度意味着高水平论文刊发的不足。到目前为止，实验室成果开发了具有我国自主识产权的中厚板淬火装备及工艺技术，在热轧板带钢新一代控轧控冷技术及应用，高品质系列低合金耐磨钢板，超级钢等领域的研制开发取得了重大突破。提起西工大，大家想到最多的可能是杨伟，唐长虹，欧阳绍修，陈迎春等一批大国工匠，他们在中国最先进的航空领域为国家的国防和大飞机事业做出了极为突出的贡献，国内最先进的战斗机歼20，运20，歼15以及C919大型客机等的研制都离不开他们兢兢业业的付出。在航空领域，西工大这所“名声不大”的高校绝对是非常耀眼的一颗星。但是，没有好的材料，再先进的航空设计理念也难以实现。其实，在西工大，还存在一个凝固科学与技术国家重点实验室，主要服务于航空航天为代表的国防重大材料技术需求，以先进材料及其精确成形为主要技术方向，以科学基础、技术创新和工程化应用研究综合集成为主要学术特色。在凝固与相关科学与技术领域代表中国学术水平，在国际凝固及相关领域具有重要影响的科学研究基地、人才培养基地、技术创新基地、学术交流基地和国家公共研究平台。在所取的重大国家级成果方面，相对于其它院所以及高校，一点也不逊色。自2000年以来，就斩获了20多项国家三大奖，仅十三五期间，实验室就获得了8项国家级奖励，其中国家科技进步二等奖2项，国家技术发明二等奖5项，国家自然科学二等奖1项。就所取的国家级成果来看， 西工大凝固科学与技术国家重点实验室走在了全国高校的前列，最近软科排名榜单中，西工大材料学科更是名列榜首。另外，实验室在成果转化方面也取得了重要突破，孵化了很多企业，如铂力特，鑫垚，超晶等公司，已经成为了地方经济转型的中坚力量。虽然在科技攻关和成果转化取得了瞩目成就，但是实验室在基础科学的研究方面还需要百尺竿头，更进一步，毕竟基础科学是一切技术的根源。“人才是第一资源”，四所实验室作为材料领域的佼佼者，自然少不了许多“牛人”的支撑。接下来笔者盘点这些院所德高望重的学术前辈以及研究方向。由于篇幅的原因，笔者在这里先简要介绍四大实验室的总体师资力量，然后特别介绍能力突出，在国内国际具有重大影响力的材料科学家。沈阳材料科学国家研究中心目前由6位院士领衔，外加刘锦川和吕坚两位香港科学家。有10位国家杰出青年基金获得者以及5位国家优秀青年基金获得者。目前，中心正在抓紧建设中，相信不久的将来，将会有聚集更多的一流材料科学家。卢柯：中国科学院院士，在纳米孪晶材料与梯度结构两大方向上取得了重大原创性成果，引领着国际纳米金属材料发展的大趋势，源源不断的衍生出Nature和Science等高水平论文。近两年来，卢柯院士还在“受限晶体”的研究上取得重要突破，为高温稳定材料的制备做出贡献。成会明：中国科学院院士，主要研究方向是碳纳米管、石墨烯、储能材料、光催化半导体材料和高性能石墨材料的制造和应用。提出了浮动催化剂化学气相沉积、非金属催化剂化学气相沉积制备碳纳米管等方法，促进了碳纳米管的研究与应用；提出了模板导向化学气相沉积等方法，制备出石墨烯三维网络结构材料、毫米级单晶石墨烯，发展了石墨烯材料的宏量制备技术；提出了可高效储能与转化的层次孔材料设计、电化学电位调控、晶面调控等方法，制备出一系列新型能量转化与储存材料；研制出块体各向同性热解石墨材料，批量应用于多项重点工程。在国际刊物上发表学术论文650余篇，被引用7.2万次，H因子118，是科睿唯安公布的化学和材料两个领域的高引用科学家之一。另外，成会明院士也是名师，目前为止，已经培养出4位国家杰出青年基金获得者，多位学生在高校或者科研院所任职，可谓桃李满天下。马秀良：亚太材料科学院院士，国家杰出青年基金获得者，主要从事先进功能材料及高性能金属结构材料中界面和缺陷的原子结构及其与特定性能之间的内在关系的研究。引领电子显微技术的普及和发展，为材料科学、纳米科学、信息科学的研究做出创新性贡献。师从著名材料科学家、晶体学家、中国电子显微学主要奠基人之一郭可信院士。在Nature，Science及其子刊上发表论文多篇，解析了许多新相结构，指导出多位优秀研究生。李殿中：国家杰出青年基金获得者，主要从事大型铸锻件铸造与锻造过程关键技术开发与推广应用工作。在Nature Communications、 Phys Rev Lett、Acta Mater等顶级期刊上发表论文70余篇。率领团队解决了大型合金钢锭及铸锻件的制造难题，形成了3项重量级原创成果；1）发现夹杂物是形成A型偏析缺陷的根源，发展了宏观偏析形成理论，开发多包延迟浇注、多梯度稳态热冒口及低氧纯净化控制技术；（2）阐明了系列材料中合金相的作用与调控机理，实现马氏体钢的强韧性最佳匹配，满足了三峡水轮机转轮铸件综合性能要求；（3）基于逆向模拟，开发出曲轴弯锻技术，消除折叠裂纹等缺陷；建立了锥度动态控制模型，开发锥形筒体锻件一体化成形技术。除了以上四位材料界的大牛之外，沈阳材料科学国家研究中心还汇聚了任文才，刘岗，李峰、王京阳、王福会、张哲峰、卢磊等一大批在国际学术界具有重要影响的人才。北科作为中国材料界的“航空母舰”，新材料国家重点实验室可谓人才济济，群英荟萃，其中包含6位两院院士，9位国家杰出青年基金获得者，优青，国家百千万人才工程，“万人计划”等系列人才几十人。吕昭平：国家杰出青年基金获得者，长期研究金属结构材料物理冶金的相关领域，在合金强韧化机制与正确设计方面取得了重大的原创性成果，已在Nature期刊上发表论文3篇。提出了“共格有序强化效应”、“有序-无序耦合效应”强韧化先进金属材料的学术思想，发展了有序结构调控理论和方法，研发出系列超强韧的高性能金属结构材料。他发表在《Applied Physics Letters》上题为“Role of yttrium in glass formation of Fe based bulk metallic glasses”的论文被《Science》选做“Editor’s Choice” 并被Materials Today采访和评述。发表在Nature-Asia Materials期刊上关于块体非晶钢的研究被世界各地的媒介采访和评述，包括《Nature》，人民日报，Physical News Update， French Science Vie， Science News， MRS Bulletin及NyTeknik等。2009年，新型耐热不锈钢的工作被评为世界上“the top high technology products of the year”。谢建新：中国工程院院士，获得国家科技进步奖两项，国家技术发明奖二等奖一项，并获得多项省部级和教育部奖励。除了科研成果大丰收之外，在教学成果方面也颇有建树。主要研究方向为：1、材料基因工程理论与技术；2、人工智能在材料研发中的应用；3、材料加工新技术与新工艺。近五年，他和他的研究团队共收获国家级项目14项，省部级项目5项。张跃：中国科学院院士，2018年度获国家自然科学二等奖。从事低维半导体材料及其服役行为的研究，致力于将材料研究和国防重大需求相结合，在基础理论、制备技术和工程应用方面做出了系统性、创新性重要贡献。在Nature Energy、Nature Communications、Science Advances、Advanced Materials和Physical Review Letters等国内外期刊上发表SCI论文400余篇，SCI他引万余次，授权专利50余项。另外，张跃院士还特别注重人才的培养，已经有 2名学生获全国优秀博士学位论文，3名学生获北京市优秀博士学位论文。另外，北科大还汇集了一大批精英人才，在国内国际具有较大的影响力，在这里不能一一赘述，感兴趣的朋友可以查阅相关网站。2.3 东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室王国栋：中国工程院院士，获得国家科技进步奖一等奖2项，二等奖6项，国家技术发明二等奖1项，省部级科技进步二等奖以上奖项21项。王国栋院士的主要贡献可以归纳为如下：（1） 承担的“新一代钢铁材料轧制过程中实现晶粒细化的基础研究”，提出晶粒适度细化、复合强化等学术思想，解决了提高材料抗拉强度、降低屈强比和在现有轧机上生产超级钢两个关键问题。研究成果应用于宝钢、鞍钢、本钢等企业，已批量工业生产超级钢百万吨。为我国超级钢的开发、生产和应用走在世界前列做出了贡献。被国外媒体喻为“超级钢之父”。（2）承担的国家重大技术装备研制项目“首钢3500 mm中厚板轧机核心轧制技术和关键设备研制”，形成了具有我国自主知识产权的中厚板核心轧制技术，实现重型中厚板轧机的国产化。该研究成果已在中外20多家工厂得到应用。（3）国家九五攻关项目中“热轧工艺的模拟和优化”、“人工智能在轧钢中的应用”等课题，在不改动或少改动硬件的情况下，利用人工智能、有限元、组织性能预测等技术，通过软件优化轧制过程。该成果应用于宝钢，使得板形封锁率由1.62%降低到0.5%以下，废品量降低50％，卷废率由2.91%下降到0.44%极大地提高了产品的尺寸精度。 王昭东：从事金属材料先进轧制技术和热处理的研究工作，围绕热轧板带钢新一代控轧控冷工艺理论与装备技术，构建了以超快冷为核心的热轧板带钢新一代TMCP理论体系，开发出“轧制-冷却-热处理”一体化组织调控方法，建立起节省合金、提高钢材性能的新途径，推广应用至国内大型钢铁企业30余条生产线，实现了4000万吨/年节约型热轧钢材批量化生产规模。针对特种钢板热处理，研发出国内首套连续辊式淬火装备技术，构建起现代化热处理线工艺控制分析平台，应用至宝钢、鞍钢等20余条生产线，显著提升了我国重大冶金装备技术的国际影响力。西工大凝固国家科学与技术国家重点实验室也可谓人才济济，汇集了周尧和（已故），张立同，傅恒志三位在国际上具有巨大影响的院士。培养的材料领域的人才在国内大放光芒，为国家的国防事业做出了非常突出的贡献。李贺军：中国工程院院士，先后获得国家自然科学二等奖1项、国家技术发明二等奖2项、省部级一等奖6项；授权国家发明专利150余项，支撑了多型高技术装备的定型与研制，解决了国家重大战略亟需的多项关键超高温材料应用难题，并且在中国机械、冶金、汽车等众多民用领域得到应用，为国防科技发展作出了突出贡献。将碳/碳复合材料抗氧化涂层从先前使用温度1400℃、防护时间30小时提高到1600℃、防护时间900小时，实现了国内碳/碳复合材料抗氧化研究的大飞跃。将压力加工的方法跨界用于碳/碳复合材料的制备，实现了该材料由航空航天战略性武器应用向兵器常规战术武器应用的突破。黄卫东：国家杰出青年基金获得者，教育部长江学者，国家科技部3D打印专家组首席专家。黄卫东教授在3D打印的产学研方面走在了国际前列，不仅在相关理论方面取得了重大突破，而且成立了国内3D打印的上市公司—铂力特，代表着国内3D打印产学研最高的水平，已经取得了欧洲空客公司的认证，共同开发激光立体成形技术在航空领域的应用，重点研究激光3D打印技术在飞机部件制造中一次打印成形、减少加工余量以及材料在成形过程中变形等难题。其打印出的国家C919大型商用飞机钛合金结构件是目前世界上已知最大的一次整体激光成形构件。介万奇：国家杰出青年基金获得者，获国家技术发明二等奖3项，全国模范教师和优秀科技工作者。长期致力于金属材料铸造成型和功能晶体单晶生长的原理创新、技术开发和成果转化，主持开发出两种大型复杂薄壁铝镁合金构件铸造新技术及装备，解决了嫦娥等多型航天型号关键构件铸造的瓶颈问题，使我国在该领域跃升到国际领先水平。开发出高能射线探测用碲锌镉、太赫兹技术用碲化锌等化合物半导体制备技术，解决了核科学、核安全监控、空间科学等领域的空“芯”化问题。另外，西工大凝固科学与技术国家重点实验室还汇聚了刘峰，成来飞，林鑫，詹梅等一大批优秀的科技成员，为我国的国防科技事业贡献了卓越的力量。四大实验室作为材料领域之中的佼佼者，所取成果甚多，不能一一盘点，在这里，笔者仅列出四大实验室在十三五期间的国家级获奖成果。需要说明的是，国家科技奖并不能完全代表一个实验室的科研实力。
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