澹泊以明志 寧靜而致遠(yuǎn)

馬玲

晶界工程作為材料科學(xué)與工程學(xué)科的一個新興研究方向，在材料研究領(lǐng)域受到普遍關(guān)注，而福建工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院王衛(wèi)國教授帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊，則是國內(nèi)該領(lǐng)域研究的佼佼者，已經(jīng)取得了諸多可喜的成績，為我國材料科學(xué)理論和材料應(yīng)用新技術(shù)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。

據(jù)王衛(wèi)國教授介紹，由于晶界是所有多晶材料最重要的結(jié)構(gòu)單元之一，晶界在三維空間構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，起著一個“網(wǎng)結(jié)”所有晶粒的作用，因此晶界的結(jié)構(gòu)與特性所決定的晶界特征以及晶界特征分布對材料整體的性能有重要影響，有時是決定性的。晶界工程，亦稱晶界特征分布優(yōu)化，就是要研究各種晶界的結(jié)構(gòu)與特性及其形成條件和影響因素，通過改變合金化和加工方法獲得預(yù)定的晶界特征分布，以顯著改善材料與晶界相關(guān)的各種使用性能，如提高晶界腐蝕和高溫蠕變開裂阻力、減少晶界析出相以避免沿晶脆性開裂、減小晶界電阻率以顯著提高材料整體電導(dǎo)率，等等。容易理解，晶界工程研究切中材料科學(xué)與工程諸多基礎(chǔ)問題和前沿?zé)狳c(diǎn)問題，如熔融金屬的凝固及界面推進(jìn)、形變金屬的再結(jié)晶形核及晶核與形變基體之間界面的結(jié)構(gòu)與行為、晶界與溶質(zhì)原子的相互作用、晶界的界面匹配及晶界的結(jié)構(gòu)與各向異性、晶粒長大過程中晶界行為與三叉晶界及晶界四結(jié)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)性、晶界網(wǎng)絡(luò)的能量分布及漲落與晶界重構(gòu)的相關(guān)性，等等?？梢?，晶界工程研究是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。

潛心研究，厚積薄發(fā)

1988年畢業(yè)于蘭州大學(xué)物理系金屬物理專業(yè)的王衛(wèi)國，分別于1994年和1998年在中國核動力研究設(shè)計院獲碩士和博士學(xué)位。之后，前往日本國立金屬材料研究所（簡稱NRIM，該機(jī)構(gòu)約10年前與日本國立無機(jī)材料研究所合并成為日本材料科學(xué)研究院，簡稱NMI）開展雙邊合作交流，從事離子注氫 CeO2原位觀察與研究。期間除了完成既定科研任務(wù)外，主要是了解到了晶界工程方面的最新進(jìn)展，同時也做了大量相關(guān)資料的收集和整理，為回國后開展晶界工程方面的工作奠定了基礎(chǔ)。

2001年王衛(wèi)國教授回國后，來到山東理工大學(xué)任教，同時也開展了晶界工程方面的研究工作。期間，他在國家自然科學(xué)基金的資助下主要開展了鉛蓄電池陽極板用鉛鈣基合金和石油化工用奧氏體不銹鋼晶界工程方面的研究工作。實現(xiàn)了這兩類中低層錯能面心立方金屬材料晶界特征分布的優(yōu)化，并基本闡明了其晶界特征分布演化的物理機(jī)制，發(fā)表相關(guān)論文三十多篇。

后來，王衛(wèi)國教授又到清華大學(xué)材料系做了1年的訪問學(xué)者，主要從事計算材料學(xué)方面的研究，涉及原子間相互作用多體勢構(gòu)建、分子動力學(xué)模擬和第一性原理計算等。期間，他通過分子動力學(xué)模擬觀察到了一種非共格∑3晶界向共格轉(zhuǎn)化的新機(jī)制，對晶界工程研究具有重要的理論意義。結(jié)束清華的訪問后，他去了美國卡耐基梅隆大學(xué)繼續(xù)訪學(xué)1年，主要向Gregory S Rohrer教授學(xué)習(xí)晶界面取向測定五參數(shù)法相關(guān)原理和技術(shù)，為回國后開展相關(guān)研究打下了扎實的基礎(chǔ)。

2012年，王衛(wèi)國教授作為福建省“ 閩江學(xué)者計劃” 被引進(jìn)到福建工程學(xué)院做特聘教授，四年的時間里，他繼續(xù)圍繞晶界工程開展相關(guān)研究，并主要取得兩個方面的創(chuàng)新成果。一是基于過去在鉛鈣基合金晶界工程方面的研究基礎(chǔ)，針對遇到的一些問題，繼續(xù)深入研究，并取得了重要進(jìn)展。主要體現(xiàn)在：過去他們雖然可以在鉛鈣基合金中獲得特殊晶界占總晶界比例達(dá)到80%、∑3晶界占特殊晶界比例也達(dá)到80%的晶界特征分布，但∑3晶界中有60%～80%是能量較高的非共格∑3晶界，這樣的晶界特征分布，其室溫下的晶界腐蝕抗力顯著高于鑄造態(tài)和傳統(tǒng)再結(jié)晶態(tài)的晶界特征分布，但溫度一旦超過50℃，其晶界腐蝕抗力急劇惡化，不能滿足實際工況需求；針對這一問題，他們又進(jìn)一步對非共格∑3晶界的形成條件、影響因素及其在退火過程中的行為做了全面深入的研究，對共格與非共格∑3晶界之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性做了細(xì)致分析，掌握了鉛鈣基合金中形成大量共格∑3晶界的內(nèi)在規(guī)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獲得共格∑3晶界占∑3晶界比例達(dá)到60%～80%之晶界特征分布的關(guān)鍵技術(shù)，并準(zhǔn)備與企業(yè)合作，把這項技術(shù)盡快推向應(yīng)用。二是在國家自然科學(xué)基金項目的資助下，開展了高層錯能面心立方結(jié)構(gòu)的純鋁及其二元合金以及體心立方結(jié)構(gòu)的純鐵及其二元合金的晶界面取向分布研究，取得了比較全面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為晶界過程研究向鋁合金及鐵素體鋼方向拓展開辟了途徑，邁出了艱難的第一步。

另外，針對與晶界工程有著密切聯(lián)系的體視學(xué)，王衛(wèi)國教授也進(jìn)行了深入分析。他介紹說，體視學(xué)的主要特征是以低維測量數(shù)據(jù)求解高維結(jié)構(gòu)信息，例如以一維測量數(shù)據(jù)求解二維結(jié)構(gòu)，以二維測量數(shù)據(jù)求解三維結(jié)構(gòu)。這里一個代表性例子就是金相組織的圖像處理。金相組織是一種二維測量，可以通過像素處理，獲得組織中每一種物相的面積百分比，在此基礎(chǔ)上可以利用體視學(xué)原理得到樣品的三維實體空間中每一種物相的體積百分比?？梢?，體視學(xué)可以把復(fù)雜的三維測量簡化為很簡單的二維測量，這就是體視學(xué)的魅力所在。體視學(xué)與晶界工程之間有著非常密切的關(guān)系，也可以說體視學(xué)極大地促進(jìn)了晶界工程的研究。前文談到，晶界構(gòu)成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，晶界特征分布的測定必然是個三維測量。人們最早是利用層磨法來確定晶界位置并估算其結(jié)構(gòu)和性能，但這種方法引入太大的人為誤差，很早前就被否定了。后來人們又利用聚焦離子束和電子背散射衍射連續(xù)截面測試法來確定晶界結(jié)構(gòu)，但這種方法效率低下，只適用于納米材料的十分有限的區(qū)域進(jìn)行相關(guān)測試表征，未能推廣到應(yīng)用具有通常晶粒尺寸的材料中開展晶界工程研究。當(dāng)把體視學(xué)應(yīng)用到晶界工程研究中來，才實現(xiàn)了單一截面的五參數(shù)分析法，也就是美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)Rohrer教授的基于電子背散射衍射、體視學(xué)原理和統(tǒng)計學(xué)理論的五參數(shù)分析方法。這是簡單易行且容易推廣的方法，只需在樣品的任意一個測試面上測取大量數(shù)據(jù)后，再通過兩次利用體視學(xué)，就可以獲得樣品內(nèi)部各晶界面取向分布的信息。到目前為止，王衛(wèi)國教授團(tuán)隊已經(jīng)獲得了相當(dāng)豐富的實驗數(shù)據(jù)，為后續(xù)的研究提供了可靠的參考資料。

當(dāng)然，雖然人們已經(jīng)利用基于電子背散射衍射技術(shù)的取向差三參數(shù)表征晶界特征，在中低層錯能面心立方金屬如鉛鈣基合金、鎳基超合金、奧氏體不銹鋼以及黃銅等材料的晶界工程研究方面取得重要進(jìn)展；利用基于電子背散射衍射技術(shù)、體視學(xué)原理和統(tǒng)計學(xué)理論的晶界面取向五參數(shù)來表征晶界特征的工作于近年也有了一定數(shù)量的報道。但總體來看，晶界工程研究目前仍然處在一個前期的發(fā)展階段。王衛(wèi)國教授表示，接下來要研究的問題還很多，但最迫切的應(yīng)該是晶界的界面匹配問題，這是晶界工程研究從取向差三參數(shù)表征晶界特征過渡到以晶界面取向五參數(shù)表征晶界特征以來的一個新的重要發(fā)展。晶界的界面匹配決定著晶界的結(jié)構(gòu)與特性，是晶界特征的一個核心參量。系統(tǒng)的研究晶界的界面匹配問題將極大地推進(jìn)晶界工程相關(guān)理論研究和潛在的工程應(yīng)用。

篤信精勤，引領(lǐng)未來

福建工程學(xué)院雖是一所新建本科院校，卻有著120年之久的辦學(xué)歷史，有比較深厚的文化積淀和傳承。近年來，福建工程學(xué)院被福建省政府列為重點(diǎn)建設(shè)的高等學(xué)校，在學(xué)科建設(shè)和人才培養(yǎng)方面得到了快速提升，在不斷提高本科生和研究生培養(yǎng)質(zhì)量的同時，正在謀劃博士學(xué)位授權(quán)點(diǎn)建設(shè)，計劃在2020年左右建設(shè)成為一所國內(nèi)知名的示范型應(yīng)用科技大學(xué)，為國家建設(shè)培養(yǎng)更多高素質(zhì)人才。王衛(wèi)國教授為能在這樣一個背景下加盟福建工程工程學(xué)院，盡自己一份力量，深感榮幸。

因此，在四年的時間里，在中央財政、福建省政府和福建工程學(xué)院的大力支持下，在科研團(tuán)隊的通力合作下，王衛(wèi)國教授在實驗室建設(shè)和學(xué)科建設(shè)等方面均取得可喜進(jìn)展。首先，購置了具有國際先進(jìn)水平的熱場發(fā)射掃描電子顯微鏡、電子背散射衍射儀、電子探針、原子力顯微鏡、納米壓痕儀、萬能材料試驗機(jī)、高溫蠕變試驗機(jī)、動態(tài)熱機(jī)械分析儀和MS（Materials Studio）材料計算模擬系統(tǒng)等大型精密儀器設(shè)備，建成了材料結(jié)構(gòu)與性能實驗室，不僅有力地保證了在研國家自然科學(xué)基金項目的順利實施，也為深入開展晶界工程研究及材料科學(xué)與工程相關(guān)問題研究奠定了重要的條件基礎(chǔ)。實驗室建設(shè)和科研課題的有序開展有力地促進(jìn)了福建工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)科水平的提升。近年來，該學(xué)科科研團(tuán)隊承擔(dān)的國家級和省部級科研項目數(shù)量逐年增加；科研產(chǎn)出明顯增大，在國內(nèi)外著名學(xué)術(shù)期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文的數(shù)量逐年上升；研究生的生源質(zhì)量也在逐年明顯改善；承擔(dān)企業(yè)委托任務(wù)以及為企業(yè)解決實際技術(shù)問題的能力大幅增強(qiáng)；使得其學(xué)科水平基本達(dá)到了申報博士學(xué)位授權(quán)點(diǎn)的要求。

對于未來，王衛(wèi)國教授在科研和教學(xué)兩方面都有著更加長遠(yuǎn)的規(guī)劃。在科研方面，他將繼續(xù)把晶界工程方面的工作進(jìn)一步系統(tǒng)化和深入化，做到基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究并重，開發(fā)晶界工程實用技術(shù)并把它推向工業(yè)應(yīng)用，創(chuàng)造良好的社會經(jīng)濟(jì)效益。此外，還要開辟一些新的研究方向，如輕質(zhì)高強(qiáng)合金組織設(shè)計與性能優(yōu)化、材料結(jié)構(gòu)與性能計算模擬以及納米材料的研究和開發(fā)等等。要盡最大的努力把力所能及的科研工作做好，同時，也要帶動學(xué)院的青年教師開展并做好科研工作。

在教學(xué)方面，王衛(wèi)國教授將時刻提醒自己：高等學(xué)校的第一要務(wù)就是要為國家培養(yǎng)高素質(zhì)專門人才。因此，除了積極承擔(dān)本科和研究生教學(xué)任務(wù)，把自己所承擔(dān)的每一門課程上好、上精，讓自己指導(dǎo)的每一個研究生都能學(xué)有所長。還要把科研與教學(xué)緊密結(jié)合起來，把科研中獲得的最新信息和最新知識充實到教學(xué)中，從而努力成為學(xué)生心目中真正的良師益友。

建言獻(xiàn)策，繼續(xù)耕耘

從整體上來看，我國在晶界工程研究領(lǐng)域尚處于發(fā)展上升階段。近10年來，國家自然科學(xué)基金委員會和科技部陸續(xù)資助了一些晶界工程領(lǐng)域的科研課題（包括973項目的子課題），這使得我國在晶界工程領(lǐng)域的研究雖起步較晚，但進(jìn)展較快，已在核電設(shè)備關(guān)鍵材料、石油化工結(jié)構(gòu)材料和鉛電池材料等相關(guān)晶界工程問題的研究方面積累了比較豐富的數(shù)據(jù)，開發(fā)了實用技術(shù)并正在向企業(yè)轉(zhuǎn)化。同時，利用最新的五參數(shù)分析法開展了晶界面取向分布方面的研究，開始關(guān)注晶界面匹配的問題等等。但相比于美國、加拿大和日本等發(fā)達(dá)國家，我國在晶界工程領(lǐng)域的研究還存在不小差距。主要表現(xiàn)在對晶界工程相關(guān)基礎(chǔ)研究不夠系統(tǒng)深入，晶界工程研究所覆蓋的材料種類偏少、測試表征技術(shù)薄弱以及尚沒有在全國范圍內(nèi)形成一個能相互合作的大團(tuán)隊，等等。

對此，王衛(wèi)國教授建議，國家科技主管部門能牽頭協(xié)調(diào)，有計劃地配置一些重點(diǎn)科研課題，在全國范圍內(nèi)促成一個能在晶界工程研究領(lǐng)域開展基礎(chǔ)研究、測試表征技術(shù)開發(fā)以及晶界工程技術(shù)應(yīng)用的研究團(tuán)隊，集中力量圍繞晶界工程若干問題展開攻關(guān)。這不僅可以盡快縮小我國晶界工程研究與發(fā)達(dá)國家之間的差距，其成果產(chǎn)出盡快推向工業(yè)應(yīng)用，創(chuàng)造良好的社會經(jīng)濟(jì)效益，同時晶界工程方面的研究還可以極大地推動材料科學(xué)與工程學(xué)科領(lǐng)域眾多科學(xué)問題的研究。

作為國內(nèi)晶界工程研究領(lǐng)域的先行者，王衛(wèi)國教授將繼續(xù)以堅定執(zhí)著的步伐和矢志不渝的精神，默默耕耘，為社會的發(fā)展和國家的富強(qiáng)貢獻(xiàn)自己的一份力量！