上到九天揽月,神舟十六号遨游太空;下到五洋捉鳖,“奋斗者”号坐底万米深海,“材料”的力量无处不在。而今年韩国研究团队的室温超导“乌龙”事件,让大众对材料科学的关注度再次飙升。
近年来,我国新材料产业蓬勃发展,关键材料取得突破,前沿技术不断涌现。在产业规模方面,在2023年1—9月,新材料产业总产值已超过5万亿元,保持两位数增长。在创新能力方面,高温超导材料、钙钛矿太阳能电池材料等一批前沿技术不断取得突破。近日,由中山大学姚道新教授所带领的团队,在国际上首次提出了双层镍氧超导体的多轨道模型,并分析了其电磁性质。这是继铜氧化物之后一种全新的高温超导体系,有可能推动科学家破解高温超导机理,进而实现高温超导材料更加广泛的应用。
这些成果仅仅是我国几十年来材料科学迅猛发展的一个缩影。不得不承认,长期以来,我国材料科学的发展面临关键技术上“受制于人”的挑战,高端新材料技术能力偏弱,国产化需求迫切,近年来新材料产能虽有显著提高,但未能满足国内高端产品需求,难以抢占战略制高点,材料强国之路任重而道远。想要扭转这一局势,仍需更多历史性突破的实现,而重大突破的取得离不开作为科学研究主力军的国内一流高校的持续发力。
自1990年材料科学与工程学科成为一级学科以来,各大高校谋篇布局,一往无前,涌现出一批特色鲜明、亮点突出的“排头兵”。目前,国内已有32所高校的材料科学与工程学科入选了第二轮双一流建设名单。
学科发展水平数据监测平台对设置材料科学与工程学科的高校进行全面监测,从高端人才、平台项目、成果获奖、学术论文和人才培养等五大维度对学科进行实时监测和数据分析,助力学科管理人员及时掌握学科动态、客观评价学科水平。
哪些高校在材料科学与工程学科建设中突出重围、脱颖而出?
这些高校在人才、科研、奖项等方面有哪些具体的亮眼表现呢?
西北工业大学
扎根西北,铸大国重器。机械为源,独具特色的西工大材料学科一路高歌猛进。2007年获批国家一级重点学科,2017年跻身国家“一流学科”建设行列,ESI学科排名进入前1‰。在第四轮学科评估中获评A,并在第五轮取得重大突破。在近期发布的软科中国最好学科排名中,西工大材料学科已连续3年蝉联冠军。
近年来,学校材料学科为推动国防科技跨越式发展作出重要贡献,在碳/碳复合材料打破国外技术垄断,在高性能金属材料及凝固成形、大型复杂难变形构件成形技术、高性能复杂金属构件增材成形技术与装备等方面也取得一系列重大成果,成功解决我国众多“卡脖子”问题。聚集顶尖人才,迸发科研智慧,成果屡获国奖。
潜心办学,育华夏栋梁。2022年,学校材料学科一连获得两项国家级教学成果奖。其中,成来飞教授带领的团队建成了“航空航天复合材料学科拔尖创新人才培养”体系,建设国家级教学科研平台6个,获省级教学成果奖4项,培养研究生1200余人,60%毕业生投身国防事业,100余人成为国家拔尖创新人才。该成果在10多所高校和20多个航空航天院所推广应用。
教学为本,育人为根。学校学科卓越人才辈出,博士毕业生中不仅有上文提及的刘峰、成来飞、张秋禹、殷小玮、介万奇,更有潘复生和陈光分别于2017年、2021年当选为中国工程院院士和中国科学院院士。
北京科技大学
被誉为“中国材料名门”的北京科技大学,是新中国材料学科的发源地。学校材料科学与工程学科是首批国家一级重点学科、首批国家“双一流”建设学科和“一流学科培优行动”建设单位,是国家“211工程”和“985 工程”优势学科,在第四轮学科评估中获评为A,在第五轮学科评估中更是取得了优异成绩。学校材料学科在今年发布的软科中国最好学科排名中位列第2名,较去年进步1名。
学校材料学科的历史积淀深厚,堪比“百年老店”,开篇就一鸣惊人,拥有9位1981年首批博导,在国内材料领域绝无仅有。
近年来,学校材料学科深耕科研,竿头直上,获批了一系列“重量级”科研项目。2021年,张深根教授牵头申报的“高端领域铜铝废材深度净化与循环再造关键技术”获批“十四五”国家重点研发计划项目,项目总经费4950万元。项目围绕我国高端铜铝废材绿色循环原级再造领域的战略需求,以“绿色除杂-熔体深度净化-循环原级再造”为研究主线,为国家“碳达峰、碳中和”目标的实现贡献力量。2022年,中国工程院毛新平院士团队的“变革性低碳钢铁制造流程理论与技术”项目获批国家自然科学基金重大项目。该项目解决以再生钢铁原料低碳地制造高性能钢铁材料这一钢铁行业瓶颈问题,为实现钢铁工业碳中和战略目标提供坚实的科学依据和有力的技术支撑。
“高端领域铜铝废材深度净化与循环再造关键技术”
国家重点研发计划项目现场
图源:北京科技大学
早在1991年,北京科技大学就成立了新金属材料国家重点实验室,立足于金属材料学科前沿和国民经济重大需求,致力于打造成为我国金属材料领域高水平基础研究和应用基础研究、聚集和培养优秀科研创新人才和开展高水平国际学术交流的重要基地。目前,实验室已在先进钢铁材料的创新设计与重大应用、新型金属材料的强韧化理论及应用、低维功能材料和器件的多尺度设计与制备、有色金属关键材料制备新工艺新技术及重大应用、材料基因工程技术及应用等5个方面取得一系列标志性成果,为推动我国关键金属材料的快速发展,支撑钢铁工业从弱到强,满足国家经济社会发展做出了重要贡献。今年,教育部公布2022年度教育部重点实验室新建立项名单,北京科技大学又一重要科研基地——“后摩尔时代芯片关键新材料与器件教育部重点实验室”获批建设,旨在破局我国芯片技术长期受制于人的困境,为芯片制造领域关键核心技术攻关奉献北科智慧和力量。
华南理工大学
作为新中国“四大工学院”之一的华南理工大学,其材料科学与工程学科是一级学科国家重点学科,2016年“材料科学”ESI全球排名进入前1‰,2017年入选“双一流”学科建设名单,在第四轮学科评估中获评A-。华南理工大学材料学科在最新发布的软科中国最好学科排名中位居全国前列。
学校该学科坚持打造高水平学术人才队伍,作为支撑学科发展的第一资源。2022年8月,年仅53岁的张立群院士出任华南理工大学校长。作为一名长期从事橡胶材料科学与工程、聚合物纳米复合材料、生物基高分子材料与聚合物加工工程方面研究的科学家,张立群院士的加入将为该学科的发展揭开崭新的篇章。
其中,黄飞教授课题组的研究工作以“A solution-processed n-type conducting polymer with ultrahigh conductivity”为题在2022年9月7日发表于国际顶级期刊《自然》Nature上,被认为是导电高分子研究领域取得的重大突破。研究合成的高导电n型聚合物聚(苯并二呋喃二酮)(PBFDO)首次实现了2000 S cm-1的电导率,突破了电导率世界纪录!
图源:Nature官网
根据中国科学院和国家自然科学基金委员会联合部署发布的《中国材料科学2035发展战略》,我国材料学科取得了长足发展,特别是21 世纪以来,我国材料学科研究队伍规模和发表论文数量均跃居世界首位。
一代材料承载一代技术,形成一个时代标志。当今世界正经历百年未有之大变局,新一轮科技革命和产业变革深入发展。毋庸置疑,材料科学与工程学科在现代科技发展与深化的过程中担负着关键角色。未来,我国的材料科学与工程学科将立足于国家经济社会发展需求,瞄准世界材料科学与技术前沿,踔厉奋发,赓续前行。相信在一代又一代“材料人”的共同努力下,这一学科必将为我国建设社会主义现代化强国作出更大的贡献!
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参考来源
[1]我国新材料产业蓬勃发展关键材料取得突破、前沿技术不断涌现https://baijiahao.baidu.com/s?id=1780354583796077277&wfr=spider&for=pc
[2]中国科学家对镍基超导体的机理研究取得重大突破https://baijiahao.baidu.com/s?id=1781528775498599187&wfr=spider&for=pc
[3]西北工业大学材料学院2023年全国优秀大学生暑期夏令营工作方案https://cailiao.nwpu.edu.cn/info/1145/38126.htm
[4]学校牵头的14项教学成果荣获高等教育国家级教学成果奖https://www.nwpu.edu.cn/info/1208/69368.htm
[5]材料科学与工程学院召开首席教授学科建设大讨论工作研讨会http://mse.ustb.edu.cn/xinwenrenwu/2023-06-15/2189.html
[6]我校获批首个“十四五”国家重点研发计划项目https://alumni.ustb.edu.cn/xw/mxxw/8d4abda1f79e47a4b1667dd4f1f6ea13.htm
[7]毛新平院士团队获国家自然科学基金重大项目资助http://bjmge.ustb.edu.cn/xinwendongtai/2023-01-16/329.html
[8]实验室介绍https://skl.ustb.edu.cn/sysgk/sysjs/index.htm
[9]“后摩尔时代芯片关键新材料与器件教育部重点实验室”建设计划通过专家论证https://news.ustb.edu.cn/info/1982/58668.htm
[10]n型CP,突破电导率世界纪录https://www.linkresearcher.com/theses/790150e9-7338-4c1e-a2bd-859e5c79fe18
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