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16岁上大学、38岁当院士,他破解世纪难题,影响全球制造业

佚名 科学 2020年09月20日

16岁上大学、38岁当院士,他破解世纪难题,影响全球制造业

他16岁上大学,被人称为“神童”!



他30岁成为博士生导师,年纪轻轻就这么厉害!


他38岁已经是中国科学院院士!刷新了院士纪录!



你不得不服气!对他来说,没什么不可能!他的科研之路,就是一路开挂!


2020年揭晓的未来科学大奖,他独享“物质科学奖”。理由是他解决了金属材料性能、强度两难全的世界级问题!


100万美元的奖金颁给卢柯,也颁给一个影响全球制造业的结构——梯度纳米结构。


整个故事,是从纳米开始的。


卢柯在做博士论文的时候,本来一心想搞非晶态金属(又称“金属玻璃”)。在做样品的过程中,一种副产物——纳米合金,引起了他的注意。


多了层纳米怎么了?会让材料的强度和硬度提升数十倍!


然而不乐观的是,材料的其他性能,比如塑性、韧性等也会降下来。这形成了一种几乎固定的“此消彼长”关系,卡了国际材料学家们几十年。


就像拉拔钢丝一样,同等长度、材质,拉拔力度越大,塑性越差。拉来拉去,说不定最后只配做成个钢丝球了。


现实中,工业、制造业对金属材料的要求通常是综合性的。要强度高、要塑性好、要导电性能优……


于是,金属材料的微观结构组成、大小等被改变,尤其在纳米尺度上,方法一个接一个:


有从金属晶粒本身入手的,试图“纳米化”后,把塑性和导电性重新提升;


有把材料结构作为重点的,尝试用“包裹”的形式达到强度、塑性的融合——只在最外层使用纳米材料结构。


卢柯选择了后者。


1998年,卢柯和吕坚提出了“金属材料表面纳米化”的概念,并给出3种方法:一是在材料表面加一层纳米结构的涂层;二是将材料本身表面层“纳米化”;三是两种方式混合。


卢柯很兴奋,他觉得这次他们成了。也是在这一年,他在参加学术会议的路上偶遇一位国际大牛,可在激动地介绍完自己的研究后,迎面就是一盆冷水,“你去看XX的文章,有人早研究过了类似的,nothing new!”


卢柯愣住了,但没有叫停实验。别人出了什么成果,他不能改变。但还有什么东西可以琢磨,他要继续做下去。


第二盆冷水是卢柯泼给自己的。那时已经到了2005年,近7年时间最终只出来一个坑坑洼洼的样品,这一巴掌,卢柯结结实实地挨下来了。


——“完了,就到这儿为止了!”


——“要放弃吗?”


——“原来的技术路线要放弃,但大目标不变。”


内心交战之后,扔掉样品,抛开旧原理,换个思路,卢柯还是要做感兴趣的工作,还是要在纳米结构上搞事情。2005年—2010年,5年过去静悄悄的,没有水花。又一年,“两头粗中间细,界面光洁,强度和塑性都很高”的梯度纳米结构样品问世了。


卢柯在纯铜棒表层制备出梯度纳米晶粒结构,大概几百微米厚,室温下拉伸屈服强度比原样本提升约一倍,拉伸塑性不变!


梯度,在这里指空间上的梯度变化。简单来说,材料一部分由纳米结构组成,另一部分由粗晶结构组成,两部分之间不是“乍然碰撞”,不是简单混合,而是存在“相互适应”的梯度连续变化。


这既避免了性能突变,也让不同特征尺度的结构“学会”相互协调。


对于卢柯本人来讲,这也是一场与科研的相互协调,耗时20多年,迈出的第一步、坚持走到成功的最后一步,皆因“兴趣”。这是自我期待的开始,是人生的加速剂,卢柯尝到了甜头儿,也希望更多的后来人能够在科研中甘之如饴。


2016年5月19日,台下坐着300多名国科大的本科生,卢柯声音传到他们的耳朵里:“去找兴趣,越早找到越好。”


《我是科学人》纪录片由长安信托特约赞助。


标签: 塑性   材料   结构   梯度