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校园达人

宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒来——雷智锋



雷智锋,男,1989年5月出生,北京科技大学新金属材料国家重点实验室2014级博士研究生,导师吕昭平教授。2012年以383分的考研成绩幸运的投入吕昭平教授团队。自进入北京科技大学以来,本人积极上进,严格要求自己,硕士前两年努力学习专业知识,并取得了较为优异的成绩。在努力学习专业知识的同时,本人也积极开展科学研究,努力提升自己的科研技能和科研素养。两年的硕士学习阶段,自己受益匪浅,不仅专业知识得到了很大的补充和提高,更是培养了自己对科研的热情和兴趣,使自己坚定的想要早日投入科学研究中去,早日融入吕昭平教授课题组这个优秀的科研团队。2014年自己顺理通过硕博连读考核,并继续师从吕昭平教授从事科学研究。自进入博士阶段,自知身份变化的同时,自己也愈发的喜欢科研这一行业,也立志想要为课题组做出自己的贡献。

本人长期以来主要从事的是难熔高熵合金的强韧化研究。目前以第一作者身份发表SCI文章3篇一项研究成果发表在国际顶尖学术期刊《Nature》上[Nature, 2018, 563(7732): 546.],另外两项成果发表在《Scripta Materialia》上[Scripta Materialia, 2018, 146: 340-343;Scripta Materialia, 2019,165: 164–169.]。迄今为止,本人已有三项专利得到授权。此外,本人也积极参加各项学术交流,参加了国内的多项科学会议,也赴美国菲尼克斯参加了TMS国际会议,并作了口头报告,也曾赴香港参加GRC会议。

工作方面,自己曾担任新金属材料国家重点实验室非晶梯队的党支部书记,在任职期间,我兢兢业业,不仅较为优异的完成了老师们交给的各项任务,也积极团结梯队的同学们,出色的完成了各项学院及学校的工作。例如,开学的迎新工作,元旦晚会,十一国庆,红色1+1等。梯队党委同志与班委同志一起合作,开展了多项科研技能及社会实践活动,为班级赢得了多项荣誉,包括优秀班集体,优秀党支部等。自己也有幸获得了老师和同学们的认可,授予我优秀学生干部的称号。

生活方面,我热爱生活,乐观积极。博士四年级的时候,我还在为学术论文拼搏着。因为一直没有文章的缘故,自己很着急,压力很大。吕昭平教授了解到我的情况后,总是抽空开导我,激励我顶住压力,冲击好文章。正是这段时间的历练,自己对生活的态度,对未来的期望越发清晰,越发的想要证明自己。在吕昭平教授的帮助下,自己也逐渐克服了心理压力,从而能够更加投入的继续开展科研工作。这段时间的历练,自己也学会了调控情绪,缓解压力,释放自己。学会了如何在困境中提高自己,学会了更加积极的面对生活和工作,更是学会了从容的面对各种挫折。

自己的博士阶段尚未结束,相信这段博士生活一定会让我终身受益。未来,我将继续秉承积极进取的心态,为自己热爱的科学事业积极奋斗。期望以后自己会有更多更好的成果来为课题组做出更多的贡献。

下边分享我在导师的指导下发表《Nature》论文的心路历程,与大家共勉。

砥砺前行:记吕昭平教授课题组第二篇Nature成功之路

2018914日晚上十一点四十分一封来自导师吕昭平教授的邮件让我兴奋的睡不着觉,终于收到了期盼已久的Decision---Accepted,万分感激!感谢导师吕昭平教授对我的信任和不懈的支持,也感谢课题组吴渊教授,刘雄军教授,王辉副教授,蒋虽合老师对我的指导和帮助,感谢课题组师兄师姐师弟师妹们的支持和鼓励。有幸成为吕昭平教授团队的一员,非常荣幸自己能为课题组做点贡献。也非常感谢北京科技大学以及新金属材料国家重点实验室对我的培养。

回顾四年多的实验,六个月的投稿过程,不由得感叹良多。以下与大家分享这篇文章的经验教训,与大家共勉。

文章所研究的现象是2014年6月份发现的,当时我正处于硕士二年级,并已经顺利取得硕博连读资格。在吕教授的帮助和指导下,我很快的找到了科研切入点,发现在TiZrHfNb难熔高熵合金中添加间隙原子,特别是适量的氧原子,其拉伸强度和塑性均提高了。吕教授很快就意识到这项研究意义重大,它打破了人们对传统间隙强化的认知,即一般认为间隙强化,强度虽可以大幅提高,但同时塑性也会大幅降低。那么问题来了,为什么在这个合金里间隙强化塑性反而提高了呢?这就需要我们深入研究其微观变形机理。

我们首先怀疑的是,我们的合金中是否存在相变诱导塑性(TRIP)或孪晶诱导塑性(TWIP)效应,因为同时提高合金强度和塑性大都是由于TRIP或TWIP效应的存在。针对这个假设,我们开始做了大量的原位和非原位的表征,如原位拉伸条件下的中子衍射,原位透射电镜观察,非原位的X射线衍射,非原位的透射电镜表征等。实验结果表明,合金中并不存在这两大效应。接着吕教授又意识到,我们会不会是一种全新的应变硬化机制呢?如果是的话,那我们研究工作的意义就更加重要了,这将会为后续的科研工作者设计高强度高塑性金属材料提供另外一条切实可行的强韧化途径。

紧接着,我们又做了大量的扫描电镜和透射电镜表征,结果显示我们所研究的合金自始至终都是单相的BCC结构,且其塑性变形方式是以位错的滑移为主。查阅大量文献,并经过反复的讨论和思考,我们开始怀疑,塑性的来源会不会来自于氧原子与位错产生了交互作用,改变了位错的滑移方式,从而致使塑性变形均匀化呢?为了验证我们的猜想,我们又开始进行扫描透射电镜表征。我们对基体TiZrHfNb高熵合金,添加2.0 at%氧的合金以及添加2.0 at%氮的合金分别进行8%的拉伸变形后卸载,然后观察此时的位错形态。我们惊奇的发现,添加氧原子的合金位错滑移方式跟基体合金和添加氮的合金的位错滑移方式明显不同,即在添加氧的合金中,位错滑移以波浪滑移为主,而在基体合金和添加氮的合金中位错的滑移方式是以平面滑移为主。且由于BCC金属的滑移系较多,以交滑移主导的位错波浪滑移将会大大提高位错的形核及增殖速率,促进BCC金属变形的均匀化,促使大量位错的增殖和位错密度的增加。最终合金的加工硬化率得到了提高,这就是添加氧原子后合金塑性提高的原因。

至此,我们知道了加氧改变了合金中的位错滑移方式是其塑性提高的来源。但吕教授并不满足于此,吕教授希望更进一步,弄清楚为什么添加氧原子后位错的滑移方式会发生改变呢?这就涉及到原子尺度的结构表征和变形机理的研究,当然这就不可避免的需要用到先进的球差矫正透射电镜及三维原子探针。由于实验条件的限制,两年的时间里我们都在国内外寻找合作者,以期望将我们的原子尺度的结构及变形机理表征出来。终于几乎在文章投稿的前一周,我们将所研究合金的原子尺度的结构及变形机理表征出来。通过与德国马普所和中国科学院物理研究所合作,我们又惊奇的发现,虽然我们的氧原子处于间隙位置,但却与以往认知的间隙原子分布状态有差异,即氧原子是有序的分布在间隙位置,而不是随机分布的。

经过与吕教授及课题组其他老师的反复讨论,我们一致觉得我们可能发现了一种新的间隙原子的存在形式,即有序间隙原子复合体。在TiZrHfNb高熵合金中添加氮原子却并没有发现这一现象,从原子尺度上我们发现了氧原子的特殊存在状态。接着我们开始研究这种有序间隙原子复合体与合金中位错的交互作用。我们发现,添加氧的合金变形的过程中存在着大量的位错钉扎的现象,这说明位错交滑移来源于某种“粒子”对位错的钉扎作用。进一步地,我们深入研究钉扎点处原子尺度的结构,我们发现钉扎点均存在有序间隙氧原子,而远离钉扎点的区域却并没有有序间隙氧原子的存在。这就证明对位错起到钉扎作用的就是我们所发现的有序间隙原子复合体。至此,我们又从原子尺度上理解了添加氧原子合金强度和塑性同时提高的结构起源及变形机理。

在书写文章之前,我们开始反复的讨论,我们这项工作的意义和贡献到底在哪里?经过几番思考和激烈的讨论,我们达成共识,我们工作的意义主要有两项:发现了间隙原子新的存在状态并提出了一种新的应变硬化机制;新的应变硬化机制能够同时提高合金的强度和塑性,为设计高强度高塑性金属材料提供了新途径。

找到了我们研究工作的意义所在后,我们就开始着手书写这篇文章。一篇好文章,实验结果固然重要,写作也同样重要。我们的第一版论文初稿是2016年11月完成的,然后经过两年左右的雕琢,前前后后经历一百多次的修改,这一篇文章的写作就占了37.9G的内存空间,终于2018年3月确定了论文的最终版本并开始进入投稿阶段。

2018年3月8日文章正式提交,每天我都会查看论文的状态,终于21天后,吕老师告知我,文章送审了,开始进入祈祷阶段。在忐忑不安煎熬了一个多月后,4月25日一审意见终于回来了。幸运的是两个审稿人中,一个审稿的意见非常正面,而另一个则略显保守。接下来是紧张的回复审稿意见的过程。经过我们反复的讨论修改,回复意见于5月8日完成并提交。接下来又是紧张的等待文章的审判。Nature的编辑非常严格,鉴于第一轮审稿中有一个审稿人略显保守,他们决定再加一个审稿人。这样一来,我们就更加紧张了。不过自始至终我们还是非常有信心我们能够打动审稿人和编辑的。第二轮审稿时间比较长,足足花了两个多月。8月1日,第二轮审稿意见终于回来了。新加的一个审稿人对我们的工作也同样给予了高度评价,并建议发表。最终编辑原则上同意接收我们的文章。看到编辑原则上同意发表,顿时欣喜万分,但还不能掉以轻心,毕竟只是原则上同意发表。

接下来就是紧张的修改格式和文字阶段。万里长征,胜利就在眼前,我们卯足劲,继续加油,不敢有丝毫的松懈。8月7日,我们提交了修改版。然后又进入等待阶段。9月14日收到最终接收邮件的那一刻,我们才真正的稍微轻松了。

回顾整个实验,写作,投稿和回复意见的全过程,感概良多,深深的觉得科研来不得半点虚假,只有一步一个脚印,踏踏实实的完成每一项工作才能把工作做好!衷心的祝愿我们每一位科研工作者都能做出更多更好的科研成果,造福社会,造福人类。