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打造新材料领域“梦工厂”——记沈阳材料科学国家(联合)实验室

2016-07-22 09:09 作者:王莹 来源:半月谈内部版 编辑:郑雪婧
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打造新材料领域“梦工厂”

——记沈阳材料科学国家(联合)实验室

半月谈记者 王莹

在沈阳市文化路东侧的繁华路段,有一个静谧园区,一丛丛小树林隔绝了外界的喧嚣,浅灰色楼宇和办公室看不出什么特别。这里就是我国第一个试点国家实验室——沈阳材料科学国家(联合)实验室的所在地。自2001年6月正式挂牌运行,15年来材料实验室先后取得了金属结构纳米材料、大型铸锻件技术等一批突破材料科学前沿及解决国家支柱产业发展技术瓶颈方面的系列原创性研究成果,成为我国新材料领域里的“梦工厂”。

走进神秘的材料世界

三峡水电站是目前世界最大的水电站,这里安装的32台700MW水轮机组是目前世界上出力最大、尺寸最大的混流式水轮发电机组。其中的机组转轮铸件对材料性能要求极为苛刻,铸件全重达400吨,三峡建设初期基本依赖进口。

为了摆脱受制于人的局面,国家针对三峡水轮机组转轮制造组织了攻关团队。回想当年的攻关过程,材料实验室的李殿中研究员说:“当时国内的情况是,工厂的炼钢水平与国外存在一定差距,制作出的大型不锈钢铸件的性能不稳定,很容易开裂。”

2009年,李殿中团队经系统研究,开发了相应的关键控制技术。在企业试行后,第一次冶炼出约300件叶片,没有一个废品,成功攻克了大转轮铸件的生产难题,产品性能达到世界最高水平,摆脱了依赖进口的被动局面,并成功实现出口,节省资金约5亿元。

在材料实验室,不仅研究如何做出“大材料”,也研究“最小的材料”。纳米材料就是其中之一。如何让金属兼具超高硬度和热稳定性,始终是材料领域的重大科学难题。材料实验室主任卢柯及合作者在国际上率先提出金属材料表面纳米化的概念,并发展了一系列表面纳米化技术;提出了利用纳米孪晶强化金属的新原理和方法,在铜及铜合金、不锈钢等多种材料中同时实现了超高强度、高塑性和高导电性等优异性能。

卢柯带领其团队自主研发的金属材料表面纳米化技术,目前已在上海宝钢和沈阳鼓风机等企业开展产业化及示范应用,仅在宝钢即实现500万元/年的经济效益。

其实,看似神秘的材料实验室,研究的都是与老百姓生活生产息息相关的材料。这里既有先进装备制造所需的纳米金属材料、磁性纳米胶囊,又有用于人体关节的医用钛合金以及新型净水材料等,它们已经或在不久的将来改变我们的生活。

让科学家静下心来

今年6月15日上午,博士生杨光来到实验室,预约使用球差校正透射电镜。研究生可以亲手操作国际顶尖的仪器设备,这在别的地方是难以想象的。

材料实验室设立的公共技术服务部,对全室大型科研仪器设备统一管理和使用,并定期开设上岗培训课。虽然每年需投入上千万元用于设备更新和维护,但使有限的资源真正实现了共享,打破了过去那种小而全、封闭自守、设备重复购置的局面。

卢柯说:“在科研领域取得成功的人,一定长期潜心于自己感兴趣的问题上,慢慢去摸索,去探究。国家实验室应该给科研人员提供一个相对宽松的科研环境,在保证实验室宏观目标的前提下,让科研人员去做自己喜欢做的事情。”

李毅研究员说:“年终总结不是数大家发了多少文章,申请到多少项目经费,而是要回顾大家在这一年或过去几年解决了什么重要科学问题。”

马秀良研究员说:“实验室给科研人员创造了质重于量的学术环境,我们瞄准的都是国际前沿问题。”几年来,马秀良的团队先后取得了“不锈钢抗点蚀”、“铁电材料或可实现超高密度信息存储”等国际领先的科研成果。

与国际接轨是打造具有一流水平实验室的必由之路。材料实验室搭建了李薰讲座系列、研究部主任论坛等覆盖多层次的学术交流平台。2015年,材料实验室共接待国内外来访学术交流80人次,在国内外各类专题学术会议作受邀报告99人次。目前有19位科研人员在55个国际学术组织和学术期刊任职。此外,实验室还与美国麻省理工、德国马普学会、英国曼彻斯特大学等国际知名研究机构建立长期合作关系并联合攻关。

打造中国材料综合性研发高地

目前,材料实验室不仅在纳米金属材料强韧化、碳材料控制与制备等方向上取得了一系列代表国家最高水平、有显著国际影响的原创性成果,同时也取得了可视化铸造、纳米多孔金属等解决行业发展瓶颈、推动行业技术进步的多项关键共性技术和新材料。此外,实验室还面向政府及行业需求,长期持续开展材料发展战略研究、材料基础数据和材料失效分析工作,得到广泛认可。

材料实验室先后荣获包括国家最高科技奖在内的省部级以上奖励16项,荣获德国洪堡研究奖等国际重要学术奖励10余项;累计发表SCI论文3896篇,其中Science和Nature系列期刊论文20余篇。

卢柯说:“未来,能源、资源、环境等重大战略领域关键问题的解决更依赖于材料的发展,对材料制备、性能、成本、能耗、污染排放等的要求更苛刻;高技术产业的发展要求材料和技术综合解决方案的研发周期更短;材料标准成为引领和全面提升行业发展的关键;材料研究从被动的需求牵引转变为材料先行,带动行业发展。”

今年5月30日,习近平总书记在“科技三会”的讲话中指出:材料是制造业的基础,目前我国在先进高端材料研发和生产方面差距甚大,关键高端材料远未实现自主供给。

卢柯表示:“材料实验室作为我国第一个试点国家实验室,未来将探索跨部门、跨行业、多元化投入新机制和全链条、全要素、贯通式科技新体制,政、产、学、研、用协同合作,实现材料技术研发与应用无缝衔接,材料科技创新能力国际领先,成为引领和带动装备制造业和相关产业转型升级,进而提升我国制造业全球竞争力的国家战略科技力量。”

(编辑:邓伽)



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