亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室（燕山大学）的学科前沿

1. 亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室（燕山大学）的学科前沿

亚稳材料是指热力学上处于亚稳状态的一大类材料，既可以作为结构材料使用也可以作为功能材料使用，涉及金属材料、无机非金属材料和高分子材料。亚稳材料既可以是成分、结构上的亚稳态也可以是形态上的亚稳态。一方面由于亚稳材料具有许多常规稳态材料所不具备的特殊性能，因此在国民经济的许多领域中具有广阔的应用前景；另一方面由于亚稳材料都是在超常条件下获得的，所以亚稳材料领域也成为人类发现新物质和新的物理现象的重要源泉，也是国际上材料科学研究领域中的重要热点研究领域之一。然而，我国在亚稳材料领域的研究分散在不同学科、不同的研究单位，研究方向过窄、过专，研究条件配套性差，严重制约着我国亚稳材料研究水平的提高，为此建立亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室是非常必要的。建设本实验室的目的就是针对亚稳材料研究领域的重大基础科学问题和关键技术，全面打造亚稳材料科研基地、人才培养基地和学术交流基地。实验室以亚稳材料制备技术与科学为主题，立足于基础和应用基础研究，同时注重向应用开发延伸。为此，实验室紧密围绕三个学术层面——基础理论、制备技术和应用基础开展研究工作。在基础理论研究方面，将围绕亚稳材料领域共性的基础科学问题开展深入、系统的研究工作，通过人才引进，进一步加强基础理论方面的研究队伍，形成特色。在制备技术和应用基础研究方面将以承担国家重大科研任务为目标，发展新材料和新技术，并向工程应用延伸，重点放在国防、能源、交通和汽车工业中的新材料和新技术上。

2. 亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室（燕山大学）的科研方向

研究方向之一：亚稳材料理论设计与性能预测建立亚稳材料设计的系统理论方法；预测系列自然界中并不存在的新物质并探明其形成条件，力争发现新现象和新效应。( 1 )  主要研究内容 　①  新型亚稳材料的第一性原理设计；②  材料的宏观物理性质与微观电子结构的关系；③  新型亚稳材料形成的热力学与动力学；④  新型亚稳材料的新功能与新现象的探索。( 2 )  目前的研究重点① 针对轻元素多元系统、含有d电子的过渡族金属-轻元素系统和含有f电子的稀土金属-轻元素系统进行第一性原理研究，设计出新型超硬材料。研究这些亚稳材料的力学性能与电子结构、轨道类型和化学键特征的关系，预测可能存在的其它物理性质，探讨实验合成的可能途径和方法。揭示过渡族碳化物 ( 氮化物 ) 多层膜和纳米晶复合材料硬度反常增强效应的物理起源，建立定量描述的理论模型。②  针对新型碱土金属二硼化物、四硼化物和六硼化物开展第一性原理研究，探讨新型亚稳相的形成条件，建立其电学和磁学性质与晶体结构、能带结构和掺杂类型的关系，揭示产生异常物理性质的根源，阐明其物理本质。探讨这类材料的维度与物理性质的关系，发现表面、界面状态对物理性质的影响规律。研究方向之二：亚稳结构材料通过对材料微观结构、稳定性等的研究，发展新型亚稳结构材料，解决成份与工艺设计以及性能控制等的相关基本问题，提高或改善亚稳结构材料的使用与服役性能，为国民经济发展解决关键技术问题。( 1 )  主要研究内容①  新型亚稳 结构 材料的 设计；② 亚稳状态与力学性能之间的关系 ；③  服役过程中亚稳结构材料组织 、 性能 演化及其稳定性；④ 新型亚稳结构材料制备及 应用研究。( 2 )  目前的研究重点①  针对高速重载铁路运输的需要，围绕着准贝氏体锻钢和爆炸成形高锰奥氏体钢辙叉的制造与应用，开展亚稳结构的形成、特征与性能的研究，特别是接触疲劳行为与机理的研究；②  重度冷变形铁素体与马氏体双相组织钢的回复与再结晶，晶粒尺寸双峰分布大块超细晶粒钢的结构与高延伸率的机理；③  表层具有硬贝氏体结构的齿轮与轴承应用基础研究；④  亚稳结构材料在接触压力 作用下纳米晶层 的形成、本质及作用。研究方向之三：亚稳功能材料通过超常条件下亚稳材料的结构相变和稳定性的系统研究，在结构和性能调控方面产生新思想并建立相应的技术，力争发现一些新规律、新现象和新效应，为高性能 磁性、发光、热电、信息传输等 新型亚稳功能材料的发展提供知识和技术支持。( 1 )  主要研究内容①  新型亚稳功能材料的 设计；② 亚稳状态与光、电、磁、声、热等性能之间的关系 ；③  服役过程中亚稳功能材料组织 、 性能 演化及其稳定性；④  新型亚稳功能材料的 制备及 应用研究。( 2 )  目前的研究重点①  针对非晶合金开展高压和强变形下纳米晶结构的转变研究。研究在这些超常规条件下固态相变所表现出来的新规律和新现象，探索新型亚稳功能材料的制备和结构调控新技术，制备高性能纳米晶磁性材料。针对纳米材料开展结构稳定性研究，特别是在外场 ( 如压力等 ) 和纳米尺度空间束缚作用下的结构相变、热力学和动力学、晶粒生长过程表现出来的新规律和新现象。②  针对磁性单层和多层纳米薄膜开展结构和性能调控研究，研究纳米薄膜的有序化动力学、层间交换耦合和铁磁-反铁磁界面自旋结构及自旋交换相互作用对铁磁层磁翻转行为的调控。揭示FePt薄膜L10有序化温度高的根源，探索低温调控新技术；阐明[Pt/Co]n/NiO多层膜中Co-NiO界面自旋结构、自旋交换相互作用、磁畴或磁畴壁发散场对Co层间耦合性质及Co层中磁矩翻转行为调控的物理根源。研究方向之四：亚稳材料特种制备技术通过超常规条件对亚稳材料形成过程影响的技术基础研究，发展具有自主知识产权的特种材料超常规制备及其控制技术，为解决国民经济发展中 急需的 重大 装备及其 技术问题 做出 贡献。( 1 )  主要研究内容①  不同场作用下材料的形成、组织、结构演化规律；②  多场耦合效应在材料制备过程中的作用机制；③  材料加工过程中的组织性能及尺寸精度控制基础；④  特种制备技术及装备工业化中的关键技术。( 2 )  目前的研究重点①  针对高速飞行器用材料、装甲用钢、电磁轨道材料、车用型材等，开展强变形制备技术与控制技术研究，为发展具有超细组织、超高强度、超高耐磨性、超高使用寿命等特点的新型材料提供技术支撑。②  针对空间超强、耐磨、耐低温、抗辐照、尺寸稳定、抗冷焊、低密度等要求的特征材料，发展粉体制备与后续高压成形新技术，尤其是可在工业上应用的制备技术。研究工艺参数对材料形成过程的影响规律及其控制技术。研究方向之五：材料超常规服役特性建立超常规服役过程的材料 瞬时亚稳态形成与演化的 科学基础， 为 满足极端条件下使用的特种材料的重大需求 提供知识与技术积累。( 1 )  主要研究内容①  超常规服役条件下材料的结构演化与非平衡相变过程；②  超常规服役条件下材料的力学性能及其它物理性能的变化规律；③  多种超常规服役条件对材料作用的耦合效应；④  超常规服役条件下材料性能评价手段。( 2 )  目前的研究重点①  针对航天工程、空间探索等所使用的典型材料，开展材料性能与极端温度变化的依赖关系、低温与辐照耦合下材料性能与原子和电子结构的关联等研究，探索这类环境下材料设计与寿命评估的物理原理与方法。②  针对超高速动能武器、高速列车等领域服役的关键材料，开展超高速撞击、高速冲刷等条件下材料的结构演化与稳定性等研究，探索材料性能与瞬态强作用载荷的依赖关系。

3. 亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室（燕山大学）的科研平台

实验室拥有国家自然科学基金委优秀创新群体、教育部创新团队和国防科技创新团队。经过多年持续的投入，实验室已建成一个分析检测设备齐全，制备设备特色鲜明的科研平台，实验室的使用面积为1.4万平方米，资产总值已达1亿元。目前，实验室的科研平台可分为分析检测、特色制备、模拟计算三大类，根据功能和特色，可分为七个大平台：(1). 分析检测平台；(2). 高压实验平台；(3). 强变形实验平台；(4). 亚稳材料服役性能测试平台；(5). 特种制备与成型平台；(6). 机加工及常规处理平台；(7). 计算平台。亚稳材料制备技术与科学重点实验室按“开放、流动、联合、竞争”原则，注重与国内外相关科研单位开展深层次的交流与合作，欢迎国内外各位专家、同行光临重点实验室进行指导与交流。

4. 亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室（燕山大学）的介绍

亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室依托燕山大学，实验室筹建于1998年初，2006年，被正式批准为国家重点实验室。实验室的总体定位：针对亚稳材料的设计、制备与服役中的基础科学问题，以发展亚稳材料的系统理论为己任，使实验室的研究水平进入世界先进行列，代表国家参与国际学术竞争。围绕我国国民经济、社会发展和国防安全的战略需求，解决国民经济发展和国防安全中的关键技术问题。建设国际一流的国家重点实验室，使其成为国内外著名的科学研究、技术创新和人才培养基地，为我国材料行业的发展提供知识、技术与人才储备”。