戶 萬

楊濤在香港研究資助局杰出青年學(xué)者頒獎(jiǎng)現(xiàn)場(chǎng)

小到個(gè)人衣食住行，大到國家和社會(huì)的工業(yè)生產(chǎn)，各種各樣的材料是人類生活中必不可少的物質(zhì)。18世紀(jì)中葉，在對(duì)銅、鐵、鋼等材料的開發(fā)和應(yīng)用基礎(chǔ)上，瓦特改良了蒸汽機(jī)，開創(chuàng)了以機(jī)器代替人工的工業(yè)浪潮；19世紀(jì)下半葉，以合金鋼、鋁合金及各種非金屬材料發(fā)展為前提，內(nèi)燃機(jī)問世和電的應(yīng)用使交通運(yùn)輸業(yè)得到了突破性的發(fā)展；后來，合成材料、半導(dǎo)體材料、光電子材料的發(fā)展使人的通信方式、出行方式、生產(chǎn)方式都發(fā)生了翻天覆地的變化……石器、陶器、青銅器、鐵器、高分子器件……生產(chǎn)材料的更新?lián)Q代，推動(dòng)了人類社會(huì)的變革，促進(jìn)了人類文明的發(fā)展?？梢哉f，人類文明的發(fā)展史就是一部認(rèn)識(shí)材料、利用材料、創(chuàng)新材料的歷史。

對(duì)材料的認(rèn)識(shí)和利用的能力，決定著社會(huì)的形態(tài)和人類生活的質(zhì)量。因此，人類從未停下過改進(jìn)現(xiàn)有材料的步伐，從未有一刻放棄過尋找和創(chuàng)造更好的材料的方法。香港城市大學(xué)材料科學(xué)與工程系助理教授楊濤及其團(tuán)隊(duì)成員，正是這樣一群以發(fā)展新材料為己任的追夢(mèng)人。聚焦先進(jìn)金屬結(jié)構(gòu)材料及其制造技術(shù)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)“核心材料中國造”的材料強(qiáng)國夢(mèng)添磚加瓦，他們一直在路上。

書籍開啟科研夢(mèng)

早在少年時(shí)期，楊濤就許下從事材料學(xué)研究的心愿。

1999年，國內(nèi)第一本全彩印刷的國防軍事類科普期刊——《兵器》出版發(fā)行。其內(nèi)容豐富多彩、形式新穎，帶給廣大讀者強(qiáng)烈的視覺沖擊的同時(shí)很快流行開來。這也是少年楊濤最喜愛的書籍之一。從這些科普文章中，楊濤得知：在常規(guī)兵器用材料中，金屬材料約占80%，其中又以鋼鐵材料占主導(dǎo)地位。但是，隨著兵器的現(xiàn)代化發(fā)展，高性能的有色金屬裝甲材料、結(jié)構(gòu)特殊功能材料和復(fù)合材料也對(duì)武器戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能的提高展現(xiàn)出越來越大的作用。例如：鋁合金是武器輕量化首選的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，金屬間化合物可用于制造多種耐熱零部件，鎢合金可使各種穿甲彈具有更強(qiáng)大的穿擊威力……關(guān)于材料的神奇與用途，他越是了解，就越是癡迷。

楊濤是個(gè)目標(biāo)明確的人?；谧陨淼摹败娛旅浴睂傩裕瑥谋究茣r(shí)期下定決心“去看一看更廣闊的世界，嘗試做出一點(diǎn)新的東西”的那一刻開始，他就瞄準(zhǔn)了高溫合金方向。

高溫合金通常是指能在600℃以上的高溫下及一定的應(yīng)力作用下長期工作，具有抗氧化、抗腐蝕、抗蠕變等性能的一類合金材料。其軍工應(yīng)用占比八成，廣泛應(yīng)用于軍用航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)、艦船和工業(yè)用燃?xì)廨啓C(jī)的核心熱端部件，是國防現(xiàn)代化的重要支撐。在廈門大學(xué)攻讀碩士學(xué)位時(shí)，楊濤主要跟隨王翠萍教授和劉興軍教授從事金屬材料金相分析、高溫材料組織穩(wěn)定性設(shè)計(jì)等研究。這是他主動(dòng)選擇、一心向往的結(jié)果。寫滿的筆記見證了他厚積沉淀的過程，深夜的燈火照亮了他前行攀登的方向：“如果想要繼續(xù)實(shí)現(xiàn)心中的想法，僅憑我碩士生水平的知識(shí)儲(chǔ)備，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。”

楊濤是個(gè)善于主動(dòng)出擊的人。既然已經(jīng)做出決定，他便迅速行動(dòng)起來聯(lián)系國內(nèi)外高溫合金方向的知名學(xué)者，努力爭(zhēng)取更上一層樓的機(jī)會(huì)。

楊濤（左）與劉錦川院士合影

一次在廈門大學(xué)舉辦的學(xué)術(shù)會(huì)議讓楊濤有幸結(jié)識(shí)他后來的博士生導(dǎo)師劉錦川教授。劉錦川教授是國際材料界具有重要影響的杰出科學(xué)家，在金屬間化合物、貴金屬合金設(shè)計(jì)和大塊金屬玻璃材料等領(lǐng)域均作出了開創(chuàng)性的貢獻(xiàn)，曾因?yàn)橥苿?dòng)中國科學(xué)家在相關(guān)領(lǐng)域的研究迅速進(jìn)入國際先進(jìn)水平而榮獲2006年中國政府友誼獎(jiǎng)?！皠⒗蠋熓亲龈邷睾辖稹⒔饘匍g化合物出身的，他也是我一直以來非常崇拜的學(xué)者之一?！睏顫f，“之所以能夠加入劉老師的課題組，一方面得益于這次會(huì)議上的機(jī)緣巧合，一方面也要感謝我的碩士生導(dǎo)師劉興軍老師的推薦。加入后，我就一直從事高溫合金研究，并在后來慢慢拓展了超低溫合金等面向極端環(huán)境應(yīng)用的研究方向?！?/p>

這是一段厚積薄發(fā)的博士生涯。沒有人能夠說得清，金屬這個(gè)古老的材料到底是在何時(shí)第一次為人類所用。但從目前已發(fā)現(xiàn)并證實(shí)的考古資料中可以確定，早在距今三千多年前的商朝時(shí)期，我們的先祖就已經(jīng)創(chuàng)造出輝煌燦爛的青銅文化。金屬材料的相關(guān)理論發(fā)展至今已十分成熟，其中尚未突破的難題每一個(gè)都是“硬骨頭”。

不斷嘗試，反復(fù)驗(yàn)證，在失敗中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，是唯一通向成功的道路。而在看不見盡頭的失敗中，信念是關(guān)鍵，堅(jiān)持是根本。楊濤坦陳：“其實(shí)在2018年的一項(xiàng)研究中，我們已經(jīng)失敗了太多次，大家有些心灰意冷。是劉老師始終如一的鼓勵(lì)和支持，加上大家自身對(duì)專業(yè)的熱愛，讓我們堅(jiān)持到了最后?！边@一年，楊濤終于迎來“春暖花開”的時(shí)刻——他創(chuàng)新性地提出了“多組元納米顆粒反常增韌”合金設(shè)計(jì)新思路，開發(fā)了高強(qiáng)、高韌析出強(qiáng)化高熵合金，并以第一作者身份將成果發(fā)表于《科學(xué)》（Science）。相關(guān)成果得到國內(nèi)外同行的高度評(píng)價(jià)，被國內(nèi)外媒體廣泛報(bào)道。

時(shí)光不負(fù)趕路人。2020年，楊濤獲評(píng)香港高等研究院杰出博士后研究員，斬獲香港高等研究院“明日之星獎(jiǎng)”；2021年，他榮獲香港研資局“杰出青年學(xué)者獎(jiǎng)”；2022年，他獲得國際材料研究學(xué)會(huì)聯(lián)盟“青年科學(xué)家獎(jiǎng)”，是2022年度香港地區(qū)唯一的獲獎(jiǎng)?wù)?。以自身成長歷程為例，他勉勵(lì)廣大學(xué)子：“在科研過程中，失敗其實(shí)無關(guān)緊要。只要我們真心熱愛這項(xiàng)事業(yè)，其中的困難就不值一提；只要我們能夠始終保持樂于嘗試的激情，就不怕不能成功?！?/p>

任重道遠(yuǎn)需策馬

科研不僅僅是一件嚴(yán)肅的事，也是一件快樂的事、有趣的事、處處充滿驚喜的事。

面向高溫應(yīng)用的傳統(tǒng)金屬間化合物往往在高溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，但當(dāng)其使用環(huán)境溫度下降到中等區(qū)間（如800℃左右）時(shí)，反而會(huì)變脆易斷。“這幾乎是所有傳統(tǒng)金屬間化合物研究中都會(huì)遇到的問題，我們對(duì)此十分好奇，一直都想探求它的成因，尋找解決的辦法。”楊濤回憶，課題組在這項(xiàng)研究上花費(fèi)了大量時(shí)間，但一直未能取得進(jìn)展。直到那天，在對(duì)材料進(jìn)行熱處理的過程中發(fā)生了一個(gè)小小的意外。原以為這次的努力也要白費(fèi)，但他們卻驚喜地在“不合格材料”中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)非常特定的組織——異質(zhì)結(jié)構(gòu)的柱狀晶粒組織（以下簡稱“異構(gòu)柱狀晶組織”）。通過對(duì)這種異構(gòu)柱狀晶組織進(jìn)行微觀調(diào)控，他們能夠提高材料的斷裂韌性，還可以為材料在服役過程中的組織穩(wěn)定性、熱氧化性等全面評(píng)估提供依據(jù)。

以這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ)，楊濤成功申請(qǐng)香港研資局“杰出青年學(xué)者計(jì)劃”。到2020年，他巧妙利用“晶界納米無序化”和“多組元有序超點(diǎn)陣”的合金設(shè)計(jì)策略，成功克服了傳統(tǒng)金屬間化合物的“室溫晶間脆斷”和“高溫晶粒長大”的兩大科學(xué)難題，相關(guān)原創(chuàng)性科研成果分別于2020年和2021年在《科學(xué)》雜志上發(fā)表。

過去的幾年里，楊濤及其團(tuán)隊(duì)在結(jié)構(gòu)金屬間化合物的冶金設(shè)計(jì)方面取得了許多令人矚目的成就，但他們探索嘗試的熱情絲毫未減。正所謂“一代材料、一代技術(shù)、一代產(chǎn)業(yè)”，加快高性能金屬結(jié)構(gòu)材料及其先進(jìn)制造技術(shù)的研發(fā)，對(duì)于推動(dòng)我國高新技術(shù)自主創(chuàng)新、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)、擺脫國外壟斷封鎖具有重要意義?？v觀我國高溫合金行業(yè)發(fā)展歷程，從仿制到自主創(chuàng)新，如今我國已初步建立完整的高溫合金研制體系。但與世界領(lǐng)先水平相比，我國高溫合金在產(chǎn)品雜質(zhì)元素控制、均勻性、穩(wěn)定性、成本控制等方面仍存在一定差距。相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展總體仍處于爬坡上坎的階段，市場(chǎng)對(duì)外依賴度較大，自給率嚴(yán)重不足，未來仍舊任重道遠(yuǎn)。

在最近立項(xiàng)的國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金項(xiàng)目中，楊濤也明確指出：目前廣泛使用的鈦（Ti）基和鎳（Ni）基等高溫合金的性能提升已經(jīng)逐步接近極限，合金鑄造、軋制、鍛造等傳統(tǒng)加工技術(shù)的制造成本高、難度大、周期長，新材料及其先進(jìn)制造技術(shù)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與有機(jī)融合勢(shì)在必行。因?yàn)殡S著材料零部件的設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)由人工操控機(jī)器單獨(dú)生產(chǎn)零件的方式已經(jīng)不能滿足龐大的市場(chǎng)需求。如果能夠通過激光增材來實(shí)現(xiàn)這種新材料的快速一體化制造，在縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期的同時(shí)，保證其性能的穩(wěn)定，將有助于加速實(shí)現(xiàn)新型高性能高溫合金及其零部件的自主研發(fā)、國產(chǎn)化。

圍繞這些問題，楊濤計(jì)劃帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)以金屬的三維打印和激光的選區(qū)融化增材制造為出發(fā)點(diǎn)，從基礎(chǔ)研究角度發(fā)力，增進(jìn)“內(nèi)地-香港-國際”的產(chǎn)學(xué)研合作，以創(chuàng)新推動(dòng)當(dāng)?shù)氐摹霸俟I(yè)化”，最終輻射全國。他說：“將成果寫在祖國大地上，不僅是當(dāng)下的‘潮流’，也是每一位科研工作者的期盼和目標(biāo)。”

愿化紅燭照塵寰

產(chǎn)學(xué)研合作本質(zhì)上是一種取長補(bǔ)短、合作共贏的策略。這，也正是楊濤團(tuán)隊(duì)的發(fā)展理念。因?yàn)樵跅顫磥恚鹤鋈?、做事和做金屬合金材料研究，在本質(zhì)上是一樣的。

金屬材料大致可分為兩大類：一類具有無序的原子結(jié)構(gòu)（非晶金屬），一類具有有序的原子結(jié)構(gòu)。作為一種獨(dú)特的合金，其中，有序合金中的元素往往有規(guī)律地占據(jù)特定的亞晶格位置，元素位置偏好可以強(qiáng)烈影響電子鍵合，因此帶來許多獨(dú)特的機(jī)械和功能特性。正如楊濤所說：“每一種材料總歸有它的長處和短處，這就需要把它的原子放在合適的位置，把它的組織結(jié)構(gòu)調(diào)控成合適的分布方式，讓它在特定的環(huán)境下表現(xiàn)特定的優(yōu)異的性能。從材料內(nèi)部來看，最終的核心就是要探究如何把正確的原子放在正確的位置上。我們需要不斷調(diào)整策略，以更好地去探索這個(gè)規(guī)律、總結(jié)這個(gè)規(guī)律，然后才能真正在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中去實(shí)現(xiàn)自己的構(gòu)想。尋找合適的位置、合適的時(shí)機(jī)，取長補(bǔ)短發(fā)揮個(gè)體的長處，這不就是個(gè)人成長和團(tuán)隊(duì)發(fā)展的關(guān)鍵所在嗎？”

如果要說起楊濤的教學(xué)理念，就不得不提及其博士生導(dǎo)師劉錦川教授。帶領(lǐng)自己的團(tuán)隊(duì)時(shí)，楊濤總會(huì)向這位前輩看齊。

團(tuán)隊(duì)合影

在楊濤的回憶中，劉錦川教授是位“周伯通式”的人物。楊濤加入課題組的時(shí)候，劉老師已經(jīng)70多歲了，但他工作起來比很多年輕人都要拼。看到某個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象還會(huì)像個(gè)孩子一樣激動(dòng)和高興，會(huì)迫不及待地在第一時(shí)間推動(dòng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，幫忙協(xié)同設(shè)備、聯(lián)系需要的人或機(jī)構(gòu)等?！拔覀儗W(xué)生的很多想法之所以能夠成功實(shí)現(xiàn)，離不開老師的幫助。”楊濤與導(dǎo)師的觀念十分相似——要以自身的言行調(diào)動(dòng)大家的科研激情，鼓勵(lì)大家積極探索新事物?！坝肋h(yuǎn)滿懷激情、永不輕言放棄、永遠(yuǎn)關(guān)懷學(xué)生，在科研和教學(xué)上，他真正做到了言傳身教，是我們年輕人的一個(gè)好榜樣?！比缃?，在年輕一代學(xué)子眼中的楊濤，亦是如此。

自從開始組建自己的團(tuán)隊(duì)，楊濤比以往任何時(shí)候都要忙。他的手機(jī)保持24小時(shí)開機(jī)，為學(xué)生時(shí)刻準(zhǔn)備著。他的心里除了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，還牽掛學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活是否適應(yīng)、有沒有什么困難是自己能幫助解決的。因?yàn)樗Ｍ约翰粌H僅要成為一個(gè)會(huì)講課的老師，還要成為一個(gè)善育人的老師：“要想在專業(yè)領(lǐng)域走得更遠(yuǎn)，自我驅(qū)動(dòng)著去探尋新事物是最關(guān)鍵的。所以我想讓他們能夠?qū)饘儆兄庇^的了解，同時(shí)培養(yǎng)他們對(duì)金屬材料的興趣，激發(fā)他們的好奇心與求知欲?！?/p>

“人的精力是有限的，要將精力100%、200%甚至300%地投到自己最感興趣的那件事上。在研究過程中，我們會(huì)遇到各種各樣的問題，但要靜下來，去體驗(yàn)材料世界的美好。我們一直在做的，其實(shí)就是發(fā)現(xiàn)材料之美，擴(kuò)大材料之美?！痹谏衿鎶W妙的材料世界里，楊濤期待著能與越來越多的志同道合者相遇。