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培養條件

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學科專業介紹--材料學

時間:2013-08-21 16:00 來源:本站原創 作者: 點擊:

培養目標

主要培養掌握本門學科堅實寬廣的基礎理論和系統深入的專門知識和實驗技能,具有突出的創新能力和開拓意識,有獨立從事科學研究或開發應用能力,具備成為材料科研、教學、產業等領域的將帥型領銜人才的潛力和素質的優秀人才。

 

學科簡介

材料學專業是材料科學與工程一級學科下的二級學科,主要研究材料的結構與性能,發展新材料及其制備方法。是由上世紀五十年代的金屬學、鋼鐵冶金、物理冶金、八十年代的金屬材料及熱處理、金屬腐蝕與防護、無機非金屬材料等專業發展衍生而來。金屬所早在1956年就開始在鋼鐵冶金、物理冶金、金屬學專業招收研究生,從1956-1965年間金屬所共招收研究生46名。當時招生的導師有李薰、張沛霖、師昌緒等幾位院士,該專業一直是金屬所的優勢學科,實力雄厚。

1978年恢復研究生招生制度后,金屬所第一批招收了10名研究生,其中金屬金屬材料及熱處理專業招收6名。1981年國家建立學位制度,金屬所首批獲得金屬材料及熱處理專業博士學位授予權,當年依托非平衡金屬材料國家重點實驗室、高溫合金研究室、鈦合金研究室、高性能均質合金國家工程中心等研究平臺,以師昌緒院士、王景唐院士、胡壯麒院士等為主要學術帶頭人,培養了大批優秀的碩士、博士研究生。

目前材料學專業依托沈陽材料科學國家(聯合)實驗室、沈陽先進材料研究發展中心,學科方向不斷擴大,一批年輕的學科帶頭人茁壯成長,該學科培養點有博士生導師33名,2012年在學研究生258名,其中博士生159名,碩士生99名。

 

主要研究方向

納米金屬材料、高溫合金、鈦合金、先進炭材料、高性能陶瓷材料等。金屬所在金屬結構材料研究方面保持了在國內的傳統優勢,金屬納米材料研究繼續領跑世界,先進陶瓷和炭材料研究活躍并頗具特色。

1)納米金屬材料——在納米金屬材料、生物醫用金屬材料科學的基礎理論和新材料研究方面做出了一系列國際領先的原創性成果,學科帶頭人的國際影響力不斷提升,參與承擔了國家重大專項等一系列重大任務和項目。

2)高溫合金——金屬所的高溫合金研究是國內三強之一,建成了從基礎研究、應用研究到工程化研究的綜合集成研究開發和小批量生產平臺。

3)鈦合金——金屬所研究實力國內第一,擁有一支從計算到工程化研究的綜合型研究隊伍,2007年獲國防科工委頒發的創新團隊支持。

4)無機非金屬材料——在先進炭材料和高性能陶瓷材料領域,金屬所活躍在國際前沿領域,研究特色鮮明。

 

學術隊伍及主要學術帶頭人簡介

本學科專業有年齡、學歷、專業結構合理的學術隊伍,共有研究人員167人,其中72% 120人)擁有博士學位。此外,該學科培養點中包括中科院院士3人,研究員50人,副研究員56人,博士生導師27人,百人計劃13人,杰出青年基金獲得者7。該學科專業已形成納米金屬材料、航空航天金屬材料、高溫合金、鈦合金、先進炭材料、微電子互連材料等多個優勢團隊,其中納米金屬材料、先進炭材料分別獲得國家自然科學基金委優秀群體資助。這些團隊負責人為本領域的拔尖人才,團隊內各研究方向各具特色、優勢互補,青年人才快速成長。

1)盧柯,研究員,博士生導師,中科院百人計劃、國家杰出青年基金獲得者,2003年當選中科院院士。主要從事金屬納米材料及亞穩材料等研究。發展了一種制備無微孔隙和界面污染金屬納米材料的新方法——非晶完全晶化法,系統研究了金屬納米材料的結構性能關系及結構穩定性,揭示了納米材料的本質結構特征和性能,發現了納米金屬銅在室溫下具有超塑延展性。深入研究了非晶態合金的晶化微觀機制和納米晶體的熔化行為及過熱機制,建立了過熱晶體熔化的動力學極限理論,并獲得了金屬納米薄膜的穩定過熱。發展了利用表面機械變形處理實現金屬材料表面納米化的新技術,并大幅度降低了鐵的表面氮化溫度。現任國際納米材料委員會副主席,國際亞穩、機械合金化及納米材料會議國際顧問委員會委員,<國際材料快報> (Scripta Materialia) 編輯(Editor), <科學周刊> (Science) 評審編輯(Reviewing Editor)等學術職務。

2)成會明,研究員、博士生導師,國家杰出青年基金獲得者,國家重點基礎研究規劃(973)項目首席科學家。主要研究領域是先進炭材料及新型能源材料,重點開展納米碳管、石墨烯的制備方法、結構與性能、應用探索,新型儲能材料、光催化材料等方面的研究工作。相關研究成果在Nature MaterNature CommAppl. Phys. Lett.Advanced Mater.Nano-lettChem. of Mater.等期刊上發表論文200余篇并被廣泛引用。現任國際刊物《Carbon》主編、《新型炭材料》主編;中國電工學會碳-石墨材料專委會主任;中國金屬學會炭材料專委會副主任。

3)楊銳,研究員,博士生導師,國家杰出青年基金獲得者,1992年于劍橋大學材料科學與冶金學系獲博士學位。最近的研究工作集中于鈦基結構材料,在新型鈦合金、鈦-鋁系金屬間化合物和鈦基復合材料等方面開展了持續的研究。曾國防科技工業突出貢獻中青年專家稱號,現任總裝備部先進材料技術專業組成員和國防科工局科技委委員。先后擔任973 計劃材料計算設計與性能預測基礎問題面向性能的材料集成設計的科學基礎問題項目首席科學家,2000-2006年間先后擔任Intermetallics期刊Associate EditorEditor2004年至今擔任Scripta Materialia期刊Deputy Editor

4)尚建庫,研究員,博士生導師,1989年在美國加州伯克利大學材料科學系博士學位,研究工作包括界面粗糙度的物理量的提出及對微電子互連界面疲勞性能的影響;微電子互連界面的化學反應及界面精細結構;評價異種材料界面連接強度的微壓痕技術;透射電鏡下界面材料疲勞過程的原位觀察與鐵電效應的應用等,與這一領域的制造業密切合作,解決多項微電子互連材料研發過程中的關鍵技術問題,創立了新的研究方法。在高聚物/金屬界面的研究中,首次闡明裂紋尖端加載條件在粘接界面疲勞過程中的作用,發明了兩種重要的實驗技術,梁式彎曲剝離法和背底應變測量法以定量測量疲勞裂紋萌生和擴展。

 

科學研究及貢獻

本學科培養點承擔的任務包括國家重大專項、973項目、863和支撐計劃項目、科技攻關項目、國家自然科學基金各類項目、省市科技項目、企業委托項目、科學院創新項目、國際合作項目等246項,其中80%197項)是國家項目,在研項目91項,經費3.1億元(據2012年統計)。近年在以下研究領域取得了重要研究進展。

納米晶金屬及納米孿晶金屬的制備方面,自主發展了多種方法,引領國際研究。利用脈沖電解沉積技術在純銅的亞微米尺度晶粒內可生成不同層片厚度的生長孿晶結構,同時實現了材料高強度、高韌性和高導電性。自主發展了表面納米化技術,可實現金屬表層晶粒尺寸細化至納米量級,顯著提高材料的耐磨性和抗疲勞壽命,降低滲氮溫度,相關研究多次在Science等雜志上發表。2008年表面納米化處理的拉矯輥在寶鋼冷軋廠上線,工作壽命提高3倍,產品質量顯著提高。

高溫合金研究,近五年承擔了10余項國家自然科學基金,作為首席科學家單位主持1973項目,承擔了我國一半以上的航空、航天發動機用鑄造高溫合金和幾乎全部的工業、艦用重型燃機葉片用鑄造高溫合金研制任務。研制的發動機用單晶高溫合金達到國際同類合金先進水平,發展了大中型高梯度液態金屬冷卻定向凝固技術,復雜空心定向凝固無余量葉片的鑄造技術達到國際同類葉片的先進水平,填補了國內三聯、彎曲、空心、無余量葉片生產的空白。

鈦合金研究,包括結構鈦合金、高溫鈦合金、金屬間化合物、鈦基復合材料和生物醫用鈦合金等。 十一五期間,承擔了我國大飛機的四種鈦合金材料及技術攻關任務:鈦合金緊固件、TiNi形狀記憶合金管接頭、TC-4厚板、TC-18 TC-4棒材,其中鈦合金緊固件用絲材已具有批產能力。突破了先進發動機采用TiAl末級低壓渦輪葉片的凈終形制造技術,2009年,與英國羅羅公司關于TiAl合金的國際合作研究被雙方政府列為溫家寶總理訪英簽約項目。

無機非金屬材料研究,在先進炭材料研究方面,主持納米重大研究計劃項目,開展了納米碳管、石墨烯、多層次孔炭材料等多種在清潔能源領域具有良好應用前景的新材料研究。可控制備出單壁和雙壁碳納米管,相關成果獲得2006年度國家自然科學獎二等獎。發現非金屬催化劑可制備單壁碳納米管,開創了碳納米管制備的一個新方向,碳納米管復合材料正在進行工業應用。突破了石墨烯的宏量控制制備和組裝,開展了在平行板顯示器、透明導電膜和高性能儲能材料等方面的應用研究。設計并制備出一種具有很高的能量密度和功率密度的局域石墨化三維層次多孔結構的新型多孔炭材料。發展了一系列材料成分/結構調制新技術,制取的新型氨硼烷基儲氫材料可于溫和溫度快速、高容量放氫>7 wt%,在放氫性能方面接近于滿足車載氫源應用需求。

建立了損傷容限高和可加工陶瓷的理論判據,原創性地發展了Nb4AlC3β-TaAlC3Ta6AlC5Ti7SnC6V4AlC3(V,Cr)4AlC3(V,Cr)3AlC2(V,Cr)5Al2C3HfAl4C4Hf2Al4C5Hf3Al4C6Hf3AlN20多種三元層狀高溫陶瓷新體系,其中部分材料具有高模量、高損傷容限、不脆和可加工、耐高溫等特點,獲得了初步應用,被國際同行廣泛關注并立項跟蹤研究。

在一些事關國家安全和人民健康的領域,材料先行,通過自主研制出新材料,帶動本方向乃至整個行業的發展。

例如:提出利用納米孿晶強化材料并提高材料綜合性能的新徑途,在銅和鋼鐵中實現了超高強度和高塑韌性,突破了傳統強化技術提高材料強度的同時必然降低韌性從而制約材料發展的瓶頸,對于研發應用超高強度高韌性的新結構材料有重要指導作用,有望帶來結構材料新的突破。該方面研究成果先后在ScienceNature上發表4篇論文, 并被評為2009年中國基礎研究十大新聞。并促使2009 MRS Fall Meeting上納米孿晶金屬被列為納米材料中的一類新材料。

例如:通過理論計算,完全自主設計出一種高強度低模量的鈦合金Ti2448,在醫用植入器械領域即將獲得應用。這是我國第一個進入臨床的完全自主設計研發的醫用植入材料,采用該合金制造的股骨、脛骨和肱骨等加壓鎖定接骨板于2009年通過了臨床試驗,已向國家食品藥品監督管理局申報了《金屬鎖定接骨板系統》的產品注冊證。Ti2448合金的研發表明模量接近人骨的高強度金屬材料是完全可行的,為將來的醫用植入材料探明了方向,將對醫用植入金屬材料的發展起到帶動作用。

例如:2006年突破了大尺寸各向同性石墨的制備技術,填補了國內空白,滿足了工程急需。承擔了若干重點項目,將該材料作為關鍵密封材料應用于許多工程中。并有望替代純碳材料推廣應用于化工、石油、冶金等領域。

2006-2010年,本學科專業共發表科研論文969篇,其中SCI EI ISTP三大檢索收錄940篇。申請專利298件,共獲國家、省部級獎勵8項,其中包含國家自然科學二等獎1項,省部級一等獎3項,二等獎3項。

 

人才培養及就業

本學科培養點畢業生中1人當選中科院院士,6人獲得全國優秀博士學位論文獎,5人獲全國優秀博士學位論文提名獎,6人獲中科院優秀論文獎,13人獲得中科院院長特等獎。

有史以來,材料一直關系著人類社會生存與發展,當代,材料、能源、信息構成了社會文明和經濟發展的三大支柱,其中材料更是科學技術發展的物質基礎和技術先導。材料作為現代工業的基礎,受到社會的廣泛關注,近年國家對材料專業的高端人才具有持續增長的需求。

2000年之前該學科專業培養的畢業生主要在國內外高校、研究機構深造、就業,此后有更多的畢業生選擇到工業界和產業部分就業,由于該學科點培養質量優異,近年就業率均達到100%

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