卢柯院士再发顶刊研究：解决高温下金属材料应用主要瓶颈

网上有关“卢柯院士再发顶刊研究：解决高温下金属材料应用主要瓶颈”话题很是火热，小编也是针对卢柯院士再发顶刊研究：解决高温下金属材料应用主要瓶颈寻找了一些与之相关的一些信息进行分析，如果能碰巧解决你现在面临的问题，希望能够帮助到您。

相对于陶瓷和具有共价键或离子键的化合物，原子间键的性质使得金属中的原子扩散率更高。这种高扩散率使得金属结构在不同长度尺度上具有很大的可调性，然而也带来结构和定制性能的不稳定。这种不稳定性是金属材料发展的主要瓶颈，极大地限制了它们在高温下的技术应用。

当地时间8月6日，顶级学术期刊《科学》（Science）发表了中科院金属研究所的一篇研究报告（Report），题为“Suppressing atomic diffusion with the Schwarz crystal structure in supersaturated Al–Mg alloys”，该研究为解决高温下金属中高原子扩散率带来的不稳定性提供了新的方法。

该研究报告的通讯作者为中科院金属研究所博士生导师卢柯院士和李秀艳研究员。

卢柯致力于金属纳米材料研究二十余年，在学术刊物上发表论文400余篇，获得发明专利40余项。曾获Acta Materialia金质奖章、德国洪堡研究奖、首届香港求是基金会“杰出青年学者奖”、国际亚稳及纳米材料年会ISMANAM金质奖章、中国青年科学家奖、何梁何利基金科学与技术进步奖、第三世界科学院TWNSO技术奖等奖项。2020年，卢柯因开创性的发现和利用纳米孪晶结构及梯度纳米结构以实现铜金属的高强度、高韧性和高导电性，获未来科学大奖“物质科学奖”。

2018年10月至今，卢柯任辽宁省人民政府副省长，负责 科技 、 体育 等方面工作。分管辽宁省科学技术厅（外国专家局）、 体育 局，重要技术创新与研发基地建设工程中心（产业技术研究院）。

论文中写道，由于原子间键的性质，相对于陶瓷和具有共价键或离子键的化合物，金属中的原子扩散率明显更高。在合成和后续处理过程中，通过调节扩散控制过程，使得结构在不同长度尺度上具有很大的可调性，从而使金属材料具有广泛的性能。例如，铝合金在室温附近通过金属间化合物析出而硬化。在热机械处理中，通过控制扩散相变可以广泛地调节钢的强度和塑性。

然而，当金属暴露在高温或机械载荷下时，高原子扩散率使得金属的结构和定制性能不稳定。这种不稳定性是金属材料发展的主要瓶颈，极大地限制了它们在高温下的技术应用。

研究团队提到，抑制原子在金属中的扩散是一项挑战，尤其在高温下。与更开放的结构相关联的界面或晶界(GBs)被认为是原子相对于晶格的快速扩散通道。通过优化其他元素的GB偏析，可以减缓沿GB的扩散。然而，随着合金化程度的增加，第二相形成的趋势增加，界面合金化也受限。

通过形成单晶消除扩散界面被认为是降低扩散率的标准策略，例如，在涡轮发动机的高温应用中制造高温合金单晶叶片的实践。然而，研究团队认为，即使在单晶金属中，在较高的温度下也不能抑制其高扩散率。在较高的同源温度下，晶格中的平衡空位浓度显著增加，不可避免地提高了原子的扩散率。

就在2020年，卢柯等人在《科学》上的一项重要成果显示，他们在纯铜中发现了一种极细晶粒的亚稳态结构，即Schwarz晶体结构。研究团队提到，尽管它包含极高密度的界面，但这种结构在接近熔点的高温下表现出非常高的热稳定性，以防止晶粒粗化。

因此，研究团队认为，研究这种稳定的Schwarz晶体结构是否能够抑制合金中原子在高温下的扩散是很有意义的。

样品SC-8结构表征。

在这项最新的研究中，研究团队使用高压扭转装置，在77K静水压力10GPa的静水压力下，使得单相过饱和的Al-Mg（铝-镁）合金变形。当施加的应变超过~20GPa时，合金样品结构被细化到纳米尺度，样品中形成了近似等轴的随机取向的纳米晶粒。粒径分布均匀，平均粒径为8nm（样品SC-8）。通过系列分析测试表明，过饱和的Mg原子均匀地分布在纳米晶结构中，而不是像其他室温变形的Al-Mg合金中那样在GB上聚集或分散。

AI是一种高扩散率金属，Mg是其最扩散的合金元素之一。研究团队观察了具有Schwarz晶体结构的过饱和Al-Mg合金的扩散行为。在不同的温度下，研究了金属间化合物的析出、晶粒粗化和熔化等扩散过程。

样品退火时结构演变。

研究发现，这种最小界面结构不仅能够使过饱和的Al-Mg合金中的原子表观跨界扩散率降低了约7个数量级，而且合金结构在高于熔点的温度下保持不变。

研究认为，这种过饱和Al-Mg合金中的观察结果与团队之前在纯铜Schwarz晶体样品中观察到的抑制粗化直至熔点的纳米晶粒的观察结果相一致，这是一个自扩散控制的过程。

样品晶格常数和晶粒尺寸的稳定性。

论文提到，金属中Schwarz晶体结构的无扩散特性对于理解界面中的基本扩散过程和固态传输动力学具有重要意义，特别是在高温下。而Schwarz晶体似乎为阻止原子在金属和替代合金中的扩散提供了一个坚固的屏障，提高了熔点温度的稳定性，这种稳定性远高于传统合金。

卢柯等人认为，利用Schwarz晶体结构开发先进的铝和其他合金，将使材料在高温应用中具备有益性能。

样品退火后元素分布。

值得注意的是，这是卢柯2000年以来在《科学》杂志上发表的第13篇文章，此外其还于2010年在另一顶级期刊《自然》（Nature）发表过1篇文章。卢柯现年56岁，1985年毕业于南京理工大学金属材料及热处理专业，1990年在金属所获工学博士学位，2003年当选中科院院士（当选年龄最年轻的中科院院士），2005年当选德国科学院院士，2006年被聘为美国Science周刊评审编辑，2018年当选美国国家科学院外籍院士。

校对：张亮亮

几十年前，11岁就考上中科大的那个神童，最终的结局如何？

鸡与蛋，孰先孰后？生命本源，出自何处？这一千古不解之谜，曾让无数科学家空耗毕生心血。人们只知道，在“鸡”与“蛋”之前，横着一扇混沌的大门；那里面，便是“鸡”与“蛋”的原始生命，藏着所有生命的根。但一直以来，却没有一个人能够走进那扇门，去破译物种——生命的奥秘！

台湾彰化，散发着泥土芳香的乡间小路上，一个小姑娘背着书包向我们走来。将来的某一天，她会高高地站在生命科学金字塔的尖顶，她会让整个世界都为之震惊——

预言

上帝说：“我们要按照我们的形象，按照我们的模样造人，让他们统治海里的鱼，空中的鸟，地上的牲畜，以及整个大地和大地上的一切爬虫。”（《旧约全书·创世纪》）于是，在创造了万物之后，上帝根据自己的形象造了男人；又用男人身上的肋骨制造出女人。

按照宗教的解释，生命和人类便是如此诞生的。

1859年，英国神学学士达尔文发表了他的《物种起源》，对人和生命物种的变易、遗传及生存竞争，进行了开创性的论述，其“适者生存”的中心学说奠定了生物进化机制的基础。“神造万物”的经典受到毁灭性打击。

从那以后，一代代科学家都将目光转向了“生命起源”这一领域。应当说他们的研究是卓有成效的，由此还诞生了生命科学史上最著名的两大派别，即蛋白派与核酸派。前者认为，组成生命的最基本和最主要的物质是蛋白，先有蛋白后有核酸。蛋白是生命之源。而后者的论断恰恰相反：先有核酸后有蛋白，核酸创造了生命。这两派之争，断断续续，绵延近百年。而他们争论的实质，东、西方哲人以一句极形象的比喻早就作了概括：世界上究竟是先有鸡还是先有蛋？

哲人的比喻颇有些无奈的意味；而科学家的疑虑则要明确得多。美国知名学者、生物化学家玛古丽斯曾忧心忡忡地说过：在生命起源的化学进化中，从无生命分子到核酸、蛋白这些有生命大分子之间，究竟存在着什么环节呢？这其间的混沌状态究竟何年何月才能得到澄清呢？

确实，非止玛古丽斯一人，有多少从事生命化学研究的专家、学者，皓首穷经，终其一生，也未能走进那扇混沌之门，未能真正解开生命起源的奥秘。他们临终前的悲慨与无奈，曾让多少后来者陷入深深的迷惘中。

因此，便有预言家预言：这项世界科学史上的顶级难题，还将继续困扰科学家们至少两个世纪！

师恩难报

当初，走在家乡散发着泥土芳香的田塍上时，那个叫做赵玉芬的女孩心情一点儿都不轻松。那时，她不可能想到，在本世纪最后一个十年里，她将成为世界科学界最令人注目的人物；地球生命科学史，将由她来写上最有份量的一笔。对于科学家们而言，这不帝是一个新纪元的开始——但那个时候，她心心念念，只是希望父亲的病能尽快好起来，母亲肩上的担子能轻一些。除了完成课业，她还希望自己能多些时间帮帮母亲，绣花，收麻，晒稻谷。

在台湾，初中的物理和化学是连在一起的，统称理化课。赵玉芬的理化老师叫孔祥真，是孔圣一脉的七十二代传人。就是这位年轻的女教师，引领赵玉芬跨进了化学的天地。老师在课堂上做的化学实验演示，使赵玉芬一下子心醉神迷了。“分子的世界是多么神奇呀！”13岁女孩这声发自内心的赞叹，犹如阿拉丁的神灯，从此照亮了她以后的人生道路。

高中时，化学有了较为严密的体系。教无机化学的张昭鼎老师对赵玉芬产生了极大的影响。这位曾留学德国的青年学子，以清新、活泼的教风，强化了赵玉芬对于化学的兴趣。高中毕业后，赵玉芬能考入新竹清华大学化学系，张昭鼎功不可没。

1992年，两岸清华学人互访。其时任职于新竹清华的张昭鼎率队赴京，在清华园里，张昭鼎见到了30年前的学生、当时已是清华大名鼎鼎的教授和中科院最年轻院士的赵玉芬。师生相见，那一份铭心刻骨的激动，赵玉芬至今难忘。数年后，即1996年6月，应新竹清华大学校长沈石汕先生邀请，赵玉芬回到台湾的母校讲学。她见到了初中时的孔祥真老师；而4年前与她相晤过的张昭鼎老师已经不在了。音容宛在，而斯人已逝；在张老师的遗像前，赵玉芬热泪长流，难以自制——此是后话！

在彰化女子中学读到高二的时候，发生过一件事，差点断送了赵玉芬的前程：那年，父亲病故，家里的生活更加拮据。亲友中有人提议，要将赵玉芬送到天主教堂，原因是读中学的修女可以免除学费和生活费。因为母亲的反对，赵玉芬才得以读完高中，并以第一志愿考入新竹清华大学化学系。她是彰化女中考入新竹清华第一人。

留学美国

公元1971年，赵玉芬大学毕业，旋即考取了留美全额奖学金。在纽约州立大学石溪分校入学测考时，总分第一，可以直接读博士，赵玉芬便选择诺米尔兹教授作导师。虽然她已经听人说起过，这位磷化学的鼻祖之一，是个极为严厉的老头。而老头子在看了赵玉芬的成绩册之后，立刻就决定收下这个女弟子。在诺米尔兹足可组成一个微型联合国的学生中，赵玉芬是唯一的中国人。后来有人问赵玉芬：“你怕那个老头子吗？”赵玉芬笑，很开心的样子：“干嘛怕！他夸我还来不及呢！”

如外人所说，诺米尔兹老头的严厉的确让人生畏。赵玉芬刚到他的实验室不久，就亲眼看见一位美国的博士后被老头子一顿训斥，耷拉着脑袋离开了实验室。以后，赵玉芬就没有见过那位博士后“师兄”。一打听，才知导师已经把“师兄”给辞了。

可令所有人惊讶不已的是，严厉的导师对他的女弟子却是青眼有加。与他训人时的汪洋恣肆相同，他夸奖赵玉芬

时，从不吝惜溢美之辞。

诺米尔兹让赵玉芬以一个文献为蓝本做溴化镁的实验。按照规矩，她只需完成文献上的结果就可以交差了。但她活跃的思维方式和女性可贵的敏锐与直觉，使她很快发现了文献上只字未提、世界上也从未报道过的五种新的化学结构，她立即用X光衍射方法将其精确的绝对结构定下来，写成一篇高质量的论文，发表在美国的《化学会志》上……类似的事情常有。她做的实验也总是超出导师的预期结果。

诺米尔兹是五配位磷化学的创始人。徒从师道。赵玉芬的博士论文也是关于五配位磷的。她在论文里解释的是生命化学里ATP（即能量货币，因为生物体内部的转化都要依赖ATP）最重要的分子在变化过程中的过渡态。赵玉芬严谨的论述和大量的实验结果，在导师的文本里和已有的文献记载中，是找不到任何出处的，新鲜而独特。故论文发表后，立刻在磷化学界引起震动。美国出版的《五配位磷化学》一书，将其引在前言上，指出论文对磷化学的发展“贡献极大”。诺米尔兹后来在课堂上总是如此告诫他的博士和博士后们：“要跟踪，要监测；当某一个化学反应没有出现预测的结果时，不要轻易认为这是失败；要钻进去，搞清楚这究竟是什么。这个没有依照你旧的思维方式测出的结果很有可能就是一个创新——你们中间的赵，就是这么去做的。她走到你们所有人的前面。”老头儿说到最后时，眼里满是笑意，为自己当初的慧眼识人而陶醉不已。

最终他结了婚，继续着他的科研，但是并没有取得多大的成果。

随着40年前高考制度的恢复，不少人完成了自己的大学梦，进入了梦寐以求的大学。在每一个年代都不缺乏天才，那个年代也不列外，其中最瞩目要数三位：宁铂、谢彦波、干政，在他们三个中又以谢彦波最为瞩目，因为其11岁便考入中科大。

谢彦波的父亲是物理教师，当发现谢彦波是个天才的时候，决定自己亲自教导他。在他的教导下，谢彦波成长很快学到了很多知识，也顺利考入了中科大，但是却没有发现儿子性格上的问题：不愿与人交流，因此这个问题为以后埋下了隐患。

15岁时，谢彦波在中科院物理研究所读硕士，18岁时，他跟随中科院副院长读博士，按照他的人生计划，在他20岁之前就能拿下博士，然而被他父亲不重视的问题开始显现出来了。人际交往，是人生当中最重要的一门课程，被众人捧得极高的谢彦波，同时也是十分的傲气，他经常点评导师的错误，对于导师更是一副我老大，你老二的姿态，他最终跟导师的关系没有处理好，导致他负气离开中科院前往美国求学。

在美国，他的才能得到了认可，但是他依旧改不了自己的傲气，最终又与导师发生矛盾被遣返回国，从此谢彦波就因为人际关系失去了求学的机会，只好回家娶妻生子，自己一个人研究，也和诺贝尔奖失之交臂。

关于“卢柯院士再发顶刊研究：解决高温下金属材料应用主要瓶颈”这个话题的介绍，今天小编就给大家分享完了，如果对你有所帮助请保持对本站的关注！