澹泊以明志 宁静而致远

马玲

晶界工程作为材料科学与工程学科的一个新兴研究方向，在材料研究领域受到普遍关注，而福建工程学院材料科学与工程学院王卫国教授带领的科研团队，则是国内该领域研究的佼佼者，已经取得了诸多可喜的成绩，为我国材料科学理论和材料应用新技术的发展做出了重要贡献。

据王卫国教授介绍，由于晶界是所有多晶材料最重要的结构单元之一，晶界在三维空间构成网状结构，起着一个“网结”所有晶粒的作用，因此晶界的结构与特性所决定的晶界特征以及晶界特征分布对材料整体的性能有重要影响，有时是决定性的。晶界工程，亦称晶界特征分布优化，就是要研究各种晶界的结构与特性及其形成条件和影响因素，通过改变合金化和加工方法获得预定的晶界特征分布，以显著改善材料与晶界相关的各种使用性能，如提高晶界腐蚀和高温蠕变开裂阻力、减少晶界析出相以避免沿晶脆性开裂、减小晶界电阻率以显著提高材料整体电导率，等等。容易理解，晶界工程研究切中材料科学与工程诸多基础问题和前沿热点问题，如熔融金属的凝固及界面推进、形变金属的再结晶形核及晶核与形变基体之间界面的结构与行为、晶界与溶质原子的相互作用、晶界的界面匹配及晶界的结构与各向异性、晶粒长大过程中晶界行为与三叉晶界及晶界四结点之间的关联性、晶界网络的能量分布及涨落与晶界重构的相关性，等等。可见，晶界工程研究是一个复杂的系统工程。

潜心研究，厚积薄发

1988年毕业于兰州大学物理系金属物理专业的王卫国，分别于1994年和1998年在中国核动力研究设计院获硕士和博士学位。之后，前往日本国立金属材料研究所（简称NRIM，该机构约10年前与日本国立无机材料研究所合并成为日本材料科学研究院，简称NMI）开展双边合作交流，从事离子注氢 CeO2原位观察与研究。期间除了完成既定科研任务外，主要是了解到了晶界工程方面的最新进展，同时也做了大量相关资料的收集和整理，为回国后开展晶界工程方面的工作奠定了基础。

2001年王卫国教授回国后，来到山东理工大学任教，同时也开展了晶界工程方面的研究工作。期间，他在国家自然科学基金的资助下主要开展了铅蓄电池阳极板用铅钙基合金和石油化工用奥氏体不锈钢晶界工程方面的研究工作。实现了这两类中低层错能面心立方金属材料晶界特征分布的优化，并基本阐明了其晶界特征分布演化的物理机制，发表相关论文三十多篇。

后来，王卫国教授又到清华大学材料系做了1年的访问学者，主要从事计算材料学方面的研究，涉及原子间相互作用多体势构建、分子动力学模拟和第一性原理计算等。期间，他通过分子动力学模拟观察到了一种非共格∑3晶界向共格转化的新机制，对晶界工程研究具有重要的理论意义。结束清华的访问后，他去了美国卡耐基梅隆大学继续访学1年，主要向Gregory S Rohrer教授学习晶界面取向测定五参数法相关原理和技术，为回国后开展相关研究打下了扎实的基础。

2012年，王卫国教授作为福建省“ 闽江学者计划” 被引进到福建工程学院做特聘教授，四年的时间里，他继续围绕晶界工程开展相关研究，并主要取得两个方面的创新成果。一是基于过去在铅钙基合金晶界工程方面的研究基础，针对遇到的一些问题，继续深入研究，并取得了重要进展。主要体现在：过去他们虽然可以在铅钙基合金中获得特殊晶界占总晶界比例达到80%、∑3晶界占特殊晶界比例也达到80%的晶界特征分布，但∑3晶界中有60%～80%是能量较高的非共格∑3晶界，这样的晶界特征分布，其室温下的晶界腐蚀抗力显著高于铸造态和传统再结晶态的晶界特征分布，但温度一旦超过50℃，其晶界腐蚀抗力急剧恶化，不能满足实际工况需求；针对这一问题，他们又进一步对非共格∑3晶界的形成条件、影响因素及其在退火过程中的行为做了全面深入的研究，对共格与非共格∑3晶界之间的内在关联性做了细致分析，掌握了铅钙基合金中形成大量共格∑3晶界的内在规律，成功掌握了在不降低特殊晶界比例和∑3晶界比例的前提下如何获得共格∑3晶界占∑3晶界比例达到60%～80%之晶界特征分布的关键技术，并准备与企业合作，把这项技术尽快推向应用。二是在国家自然科学基金项目的资助下，开展了高层错能面心立方结构的纯铝及其二元合金以及体心立方结构的纯铁及其二元合金的晶界面取向分布研究，取得了比较全面的基础数据，为晶界过程研究向铝合金及铁素体钢方向拓展开辟了途径，迈出了艰难的第一步。

另外，针对与晶界工程有着密切联系的体视学，王卫国教授也进行了深入分析。他介绍说，体视学的主要特征是以低维测量数据求解高维结构信息，例如以一维测量数据求解二维结构，以二维测量数据求解三维结构。这里一个代表性例子就是金相组织的图像处理。金相组织是一种二维测量，可以通过像素处理，获得组织中每一种物相的面积百分比，在此基础上可以利用体视学原理得到样品的三维实体空间中每一种物相的体积百分比。可见，体视学可以把复杂的三维测量简化为很简单的二维测量，这就是体视学的魅力所在。体视学与晶界工程之间有着非常密切的关系，也可以说体视学极大地促进了晶界工程的研究。前文谈到，晶界构成三维网状结构，晶界特征分布的测定必然是个三维测量。人们最早是利用层磨法来确定晶界位置并估算其结构和性能，但这种方法引入太大的人为误差，很早前就被否定了。后来人们又利用聚焦离子束和电子背散射衍射连续截面测试法来确定晶界结构，但这种方法效率低下，只适用于纳米材料的十分有限的区域进行相关测试表征，未能推广到应用具有通常晶粒尺寸的材料中开展晶界工程研究。当把体视学应用到晶界工程研究中来，才实现了单一截面的五参数分析法，也就是美国卡内基梅隆大学Rohrer教授的基于电子背散射衍射、体视学原理和统计学理论的五参数分析方法。这是简单易行且容易推广的方法，只需在样品的任意一个测试面上测取大量数据后，再通过两次利用体视学，就可以获得样品内部各晶界面取向分布的信息。到目前为止，王卫国教授团队已经获得了相当丰富的实验数据，为后续的研究提供了可靠的参考资料。

当然，虽然人们已经利用基于电子背散射衍射技术的取向差三参数表征晶界特征，在中低层错能面心立方金属如铅钙基合金、镍基超合金、奥氏体不锈钢以及黄铜等材料的晶界工程研究方面取得重要进展；利用基于电子背散射衍射技术、体视学原理和统计学理论的晶界面取向五参数来表征晶界特征的工作于近年也有了一定数量的报道。但总体来看，晶界工程研究目前仍然处在一个前期的发展阶段。王卫国教授表示，接下来要研究的问题还很多，但最迫切的应该是晶界的界面匹配问题，这是晶界工程研究从取向差三参数表征晶界特征过渡到以晶界面取向五参数表征晶界特征以来的一个新的重要发展。晶界的界面匹配决定着晶界的结构与特性，是晶界特征的一个核心参量。系统的研究晶界的界面匹配问题将极大地推进晶界工程相关理论研究和潜在的工程应用。

笃信精勤，引领未来

福建工程学院虽是一所新建本科院校，却有着120年之久的办学历史，有比较深厚的文化积淀和传承。近年来，福建工程学院被福建省政府列为重点建设的高等学校，在学科建设和人才培养方面得到了快速提升，在不断提高本科生和研究生培养质量的同时，正在谋划博士学位授权点建设，计划在2020年左右建设成为一所国内知名的示范型应用科技大学，为国家建设培养更多高素质人才。王卫国教授为能在这样一个背景下加盟福建工程工程学院，尽自己一份力量，深感荣幸。

因此，在四年的时间里，在中央财政、福建省政府和福建工程学院的大力支持下，在科研团队的通力合作下，王卫国教授在实验室建设和学科建设等方面均取得可喜进展。首先，购置了具有国际先进水平的热场发射扫描电子显微镜、电子背散射衍射仪、电子探针、原子力显微镜、纳米压痕仪、万能材料试验机、高温蠕变试验机、动态热机械分析仪和MS（Materials Studio）材料计算模拟系统等大型精密仪器设备，建成了材料结构与性能实验室，不仅有力地保证了在研国家自然科学基金项目的顺利实施，也为深入开展晶界工程研究及材料科学与工程相关问题研究奠定了重要的条件基础。实验室建设和科研课题的有序开展有力地促进了福建工程学院材料科学与工程学科水平的提升。近年来，该学科科研团队承担的国家级和省部级科研项目数量逐年增加；科研产出明显增大，在国内外著名学术期刊发表学术论文的数量逐年上升；研究生的生源质量也在逐年明显改善；承担企业委托任务以及为企业解决实际技术问题的能力大幅增强；使得其学科水平基本达到了申报博士学位授权点的要求。

对于未来，王卫国教授在科研和教学两方面都有着更加长远的规划。在科研方面，他将继续把晶界工程方面的工作进一步系统化和深入化，做到基础研究和应用研究并重，开发晶界工程实用技术并把它推向工业应用，创造良好的社会经济效益。此外，还要开辟一些新的研究方向，如轻质高强合金组织设计与性能优化、材料结构与性能计算模拟以及纳米材料的研究和开发等等。要尽最大的努力把力所能及的科研工作做好，同时，也要带动学院的青年教师开展并做好科研工作。

在教学方面，王卫国教授将时刻提醒自己：高等学校的第一要务就是要为国家培养高素质专门人才。因此，除了积极承担本科和研究生教学任务，把自己所承担的每一门课程上好、上精，让自己指导的每一个研究生都能学有所长。还要把科研与教学紧密结合起来，把科研中获得的最新信息和最新知识充实到教学中，从而努力成为学生心目中真正的良师益友。

建言献策，继续耕耘

从整体上来看，我国在晶界工程研究领域尚处于发展上升阶段。近10年来，国家自然科学基金委员会和科技部陆续资助了一些晶界工程领域的科研课题（包括973项目的子课题），这使得我国在晶界工程领域的研究虽起步较晚，但进展较快，已在核电设备关键材料、石油化工结构材料和铅电池材料等相关晶界工程问题的研究方面积累了比较丰富的数据，开发了实用技术并正在向企业转化。同时，利用最新的五参数分析法开展了晶界面取向分布方面的研究，开始关注晶界面匹配的问题等等。但相比于美国、加拿大和日本等发达国家，我国在晶界工程领域的研究还存在不小差距。主要表现在对晶界工程相关基础研究不够系统深入，晶界工程研究所覆盖的材料种类偏少、测试表征技术薄弱以及尚没有在全国范围内形成一个能相互合作的大团队，等等。

对此，王卫国教授建议，国家科技主管部门能牵头协调，有计划地配置一些重点科研课题，在全国范围内促成一个能在晶界工程研究领域开展基础研究、测试表征技术开发以及晶界工程技术应用的研究团队，集中力量围绕晶界工程若干问题展开攻关。这不仅可以尽快缩小我国晶界工程研究与发达国家之间的差距，其成果产出尽快推向工业应用，创造良好的社会经济效益，同时晶界工程方面的研究还可以极大地推动材料科学与工程学科领域众多科学问题的研究。

作为国内晶界工程研究领域的先行者，王卫国教授将继续以坚定执着的步伐和矢志不渝的精神，默默耕耘，为社会的发展和国家的富强贡献自己的一份力量！