张勇：钻坚研微志高远，桃李不言自成蹊

2019-12-13供稿娄奥李冬月LOUAoLIDongyue

金属世界 2019年6期

供稿|娄奥，李冬月 / LOU Ao, LI Dong-yue

内容导读

他在合金材料领域深耕多年，硕果累累，学识渊博；他早年留洋赴新加坡深造，崭露头角仍选择归国任教；他曾被评为2009年Top100世界杰出科学家，仍低调谦和，潜心磨砺；他与学生们是忘年之交，无话不聊，被称作“充满烟火气的张老师”；他就是北京科技大学新金属材料国家重点实验室教授、博士生导师——张勇。文章详细介绍了张勇教授的科研之路和执教风格，展现其高瞻远瞩、踏踏实实的学术精神以及虚怀若谷、一心育才的师者风致。

在传统的观念中，合金中金属成分种类不宜太多，否则易造成比强度过低，表现为材质脆化。20世纪90年代以来，一种名为高熵合金的新金属材料逐渐在业内广受关注。它一般包含5种主要组成元素，不但能有效抑制脆化风险，其抗高温、抗腐蚀、抗氧化等诸多特性皆备受瞩目。北京科技大学新金属材料国家重点实验室教授、博士生导师张勇是国内该研究领域的领先者，建树卓著、成绩斐然。

1969年，张勇出生于美丽的塞外明珠——河北张家口。受燕赵大地朴实勤勉、锐意慷慨的民风熏陶，张勇从小学习刻苦、自立好强，成绩始终出类拔萃，后顺利考入燕山大学金属材料与热处理专业，从此和金属结下不解之缘。

怀着对合金材料领域的浓厚兴趣，1991年张勇来到北京科技大学材料科学与工程学院继续深造。在导师的指引下，张勇曾到机械厂学习实践。为解决生产中的实际问题，他参与设计了一种新型钢丝连续热处理炉，期间独自论证了A3钢和ODS铁素体不锈钢的再结晶和组织稳定性，并开发出一种兼具强韧塑性、高耐磨性等优势的复合轧辊。读博期间，张勇还参与我国贫铀装甲材料的制备及其防护性能的研究工作，首次发现了装甲板防护系数随陶瓷和金属体积分数变化的双极值规律。该成果对于多孔骨架材料的制备、压力浸渍复合工艺的进步等都具有重要意义。

迄今为止，张勇已获得国家自然科学奖二等奖1项，教育部自然科学奖一等奖1项、二等奖1项，山西省高校科学二等奖1项；发表学术论文200余篇，被引用2万余次；出版专著3部、参编教材3部；获得8项国家发明专利和1项美国发明专利授权；担任中国材料研究学会理事、中国复合材料学会理事、金属间化合物与非晶合金专业委员会委员兼秘书长等社会职务。张勇还主持国家自然科学基金项目2项，863计划项目1项。2005年，张勇荣获教育部“新世纪优秀人才”表彰，4年后又被评为北京科技大学“科研工作先进个人”。

磨砥刻厉，揭秘非晶合金

时间回到1959年的大洋彼岸。美国加州理工学院的Duwez等教授尝试用生产玻璃的方法，把高温Au-Si熔体喷涂至铜轴并急速降温，首次制出一种漆黑不透亮的玻璃状合金。“这真是一种愚蠢的合金”，当时一位物理学家这样嘲讽道。半个多世纪过去了，被评价为“愚蠢”的非晶合金，兼具玻璃、金属、固体、液体等诸多材料的特性，早已发展成航天、航空、国防等高新技术领域的“宠儿”。除此以外，非晶合金是迄今最强的金属材料之一，用其制作的穿甲弹头自锐效应好，与环境的相容性优良。非晶合金还是最易加工成型的金属材料，轮船、飞机的高精密齿轮、抗腐蚀轴承等都能看到它的身影。

张勇在新加坡国立大学工作期间，就已开始从事非晶合金领域的研究。非晶形成能力(GFA)是非晶合金材料研究中的重要问题之一。业界普遍认为，提高GFA能有效扩展高形成能力合金成分范围，为高性能块体非晶合金的进一步开发奠定基础。张勇发现，针对锆基非晶合金，采用少量稀土元素钇合金化法能够有效去除合金中的氧，降低非均匀形核的概率。实验结果证明，张勇提出的方法使非晶合金的临界尺寸由厘米级提高至毫米级，大幅提高了GFA水平。

“我们第一篇利用稀量钇改善GFA的文章已被引用百余次，方法被众多科学家采纳应用。”谈此成绩时，张勇的自豪之情溢于言表。该成果也于2004年1月27日获得美国国家专利授权。

非晶合金的拉伸塑性差是限制其工程应用的一大障碍。传统的金属模铸造法的控制精度低，对提高室温下非晶合金塑性的效果有限。经过多年的攻关，张勇团队另辟蹊径，采用BRIDGMAN法控制合金的凝固过程，实现了材料断面均匀化，制备出树枝晶韧塑化的镧基大块非晶合金基复合材料。在此基础上，团队又成功研制出树枝晶具有一定取向的锆基非晶合金材料，其室温下的拉伸延伸率大于7%。该成果也第一时间被美国应用物理快报发表。英国谢菲尔德大学工程材料系资深教授HA Davies这样评价张勇：“他通过出色的成绩，已经在块体非晶合金领域建立起国际声誉。”

“科技的最终归宿应该是服务社会、造福人民” 。正是秉持这样的理念，张勇持之以恒探索非晶合金的工程应用与推广。他主持开发的高弹性超细非晶合金丝制备技术，为智能材料的工艺研究提供了新思路；为推进块体非晶合金在微机电系统上的应用，张勇还创新合金微加工成形技术，并获得国家发明专利授权。

别出机杼，聚焦学术前沿

“目前合金体系的发展已趋近饱和，要破解瓶颈问题，途径之一就是突破传统的合金设计理念，形成新的合金发展思路”，张勇在一篇综述文章中这样写道。回到北京科技大学任教后，在陈国良院士(已故)的倡导下，张勇开始了对高熵合金的研究。

高熵合金是依据等原子比、高混合熵的合金设计理念，发展起来的一类易于形成固溶体的多组元合金。作为金属研究的一个新兴且热门领域，高熵合金有着非常出色的高强度、抗腐蚀、耐高温等物理化学特性，生产应用前景十分广阔。

在早期的研究过程中，张勇遇到了合金化元素含量越高，合金混合熵却越大的问题。经过不懈的努力和技术攻关，2007年张勇团队在国际上率先制备出性能高于块体非晶合金的体心立方高熵固溶体合金。该成果在业内引起轰动，被Nature China杂志两次以研究亮点专门予以评述，《光明日报》和《科技日报》等媒体也给予报道。因成绩卓越，英国剑桥国际名人中心(IBC)评价张勇为2009年Top100名世界杰出科学家。

除了研制新的高熵合金，张勇对高熵合金理论方面的研究也颇有建树。他首次提出“熵”和“焓”在熔点附近平衡参数的重要作用，以及高熵合金固溶体相形成的经验准则(即Ω判据)。Ω判据对高熵合金相的结构做出准确的科学预计，成为学界公认的高熵合金结构设计的重要准则。此外，张勇对高熵合金薄膜、高熵合金丝等均有前沿性工作。汪卫华院士曾这样评价张勇：“他是中国大陆最早对高熵合金的理论、制备技术及应用进行深入、系统、广泛的研究的科研人员之一。”

张勇关于高熵合金的一系列研究成果在国内、国际影响深远，被同行所熟知。为积极推动该领域的学术交流与发展，张勇多次担任中国材料研究学会年会的“高熵和噪声”分会主席，多次主办国内大陆的高熵合金研讨会，曾参与主办美国MRS秋季会议高熵合金分会。

2016年，Nature杂志对北京科技大学新金属材料国家重点实验室进行了报道。张勇在采访中指出：“我们几乎已探索过传统金属的所有方面，但对高熵合金这方面的研究仍然是全新的，将来也充满着许多可能。”他始终坚信，虽然高熵合金尚未从实验室推向市场，但已有研究者们正为此不懈努力。在国民经济建设的主战场，高熵合金定会大放异彩，为发掘工业发展潜力提供重要支撑和强大推力。

蔼然可亲，光大师者风尚

豁达爽朗、平易近人，是张勇留给学生们的第一印象。“张老师是个典型的乐天派，每次见他总是笑呵呵的，亲切温和，风趣幽默，从不给人产生高山仰止的距离感。”博士研究生赵杨勇曾这样评价导师张勇教授。从教十余年来，张勇对于构建良好的师生关系颇有心得。无论是情感遇到难处，还是生活遭到变故，学生们都乐于向张勇倾诉，也总能获得莫大的精神慰藉与鼓舞。学贵得师，亦贵得友。张勇认为，良师首先是真友，要真诚与学生推心置腹，做肺腑之交；良师还需是益友，尽己所能给予学生学问帮助，指引其朝正确的目标规划人生。

“充满烟火气的张老师”是张勇身上又一张鲜明的人格标签。不考究衣着但干净整洁，外表朴素无华但自然大方。一件简约的衬衫，一条素净笔直的西装裤和圆头老皮鞋是张勇最自在的搭配。普通人从外表很难猜出张勇的博导身份，他自己却早已习以为常：“生活越简单越好，这样既可以把精力全用来科研，身边人也会感到舒服，使工作更容易进行。”

和生活中不拘小节，随性自然的态度相比，张勇对待科研、教学的态度是极其严格且一丝不苟的。每周雷打不动准时参加课题组的学术例会是张勇的惯例，这也是他掌握学生研究进度的重要渠道。张勇经常在会上告诫学生，对待学问要严谨且灵活，可以畅所欲言，也可以标新立异，但更重要的是实事求是、稳扎稳打。如果学生汇报时出现了问题，他总是直言不讳，鞭辟入里；倘若学生的研究方法有待改进，他总是参与探讨，倾囊相授；当学生的科研进入瓶颈期，他总能指点迷津，热情鼓励。

课堂是教学相长的舞台，也是师生互通的纽带。张勇深知，每一个学生都是思想独立的个体，有着求知览迹、探索解疑的迫切需求。因此，课堂设计更需惨澹经营，要尽可能开启学生心智，激励他们主动发现真知，实现学术思想的飞跃。每一节课，张勇都用深入浅出、通俗易懂的方法讲解知识脉络，并且尤其擅长在教室里营造积极热烈、紧张活泼的互动氛围。学生们时而眉头紧锁，时而欢呼雀跃，最终无不满载而归，获益匪浅。纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。张勇十分重视锻炼学生的实践能力，他常对学生耳提面命，强调仅仅领略理论知识的价值是远不够的，要在实践中检验和重构理论，锤金炼铁，才能为将来的科研创新打下坚实的根基。

芳林新叶催陈叶，流水前波让后波。在教坛躬耕不辍的张勇早已收获满园桃李。他培养的第一名博士生乔君威于2008年获得铌钢奖学金和来自国家留学基金委赴美留学的资助，目前在太原理工大学任材料学院院长。其余学生中，廖卫兵博士在深圳大学工作；杨潇、左婷婷、赵杨勇和刘俊鹏等博士在中国科学院工作；陈晓博士获得了宝钢奖学金和北京科技大学十佳学术之星的荣誉；陈洁、王雪飞、王方军等也都曾获得北京科技大学优秀硕士论文奖。