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新型纳米结构提升金属强度,卢柯获未来科学大奖物质科学奖

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澎湃新闻记者 张唯 贺莉萍 虞涵棋

2020年9月6日上午10时50分许,2020未来科学大奖在北京揭晓, 中国科学院金属研究所卢柯摘得三项大奖之一的“物质科学奖”。奖金为100万美元奖金,使用方式不受限制。

将未来科学大奖颁发给他,是为了奖励他开创性的发现和利用纳米孪晶结构及梯度纳米结构以实现铜金属的高强度、高韧性和高导电性。

提高金属材料的强度一直是材料物理领域中最核心的科学问题之一。通常材料的强化均通过引入各种缺陷以阻碍位错运动来实现,但材料强度提高的同时会丧失塑性和导电性,这导致了材料领域著名的长期未能解诀的材料强度与塑性(或导电性)的倒置关系。如何克服这个矛盾,成为国际材料领域几十年以来一个重大科学难题。

卢柯及其研究团队发现了两种新型纳米结构可以提高铜金属材料的强度,而不损失其良好的塑性和导电性,在金属材料强化原理上取得了重大突破。

卢柯团队发现,在金属铜中引入高密度纳米孪晶界面,可使纯铜的强度提高一个数量级,同时保持良好的拉伸塑性和很高的电导率(与高纯无氧铜相当),获得了超高强度高导电性纳米孪晶铜。这个发现突破了强度-导电性倒置关系并开拓了纳米金属材料一个新的研究方向。纳米孪晶强化原理已经在多种金属、合金、化合物、半导体、陶瓷和金刚石中得到验证和应用,成为具有普适性的材料强化原理。

卢柯团队还发现了金属的梯度纳米结构及其独特的强化机制。梯度纳米结构可有效抑制应变集中,实现应变非局域化,其拉伸塑性优于普通粗晶结构。具有梯度纳米结构的纯铜样品其强度较普通粗晶铜高一倍,同时拉伸塑性不变,也突破了传统强化机制的强度-塑性倒置关系, 被应用在工业界并取得显著经济效益。

卢柯在发布会电话连线中表示,对于获奖感到突然,感谢评委会认可其工作。材料科学是一个非常古老的学科,获奖是对该学科的巨大鼓励,激励其继续在这个学科中做出更多更好的工作。

他表示,人类利用金属材料上千年,提高性能确实越来越难,通过把金属材料做到纳米尺度,大幅提高金属材料的性质,表现出新的性能,焕发出新的活力。

卢柯,1965年出生,中国科学院院士,中国科学院金属研究所研究员,沈阳材料科学国家研究中心主任。现任辽宁省人民政府副省长。

未来科学大奖是中国首个世界级民间科学大奖,由未来论坛于2016年创立,下设生命科学奖、物质科学奖、数学与计算机科学奖三个奖项,单项奖金100万美元,每个奖项由四位捐赠人共同捐赠。

大奖采取提名邀约制和国际同行评议制。在奖项评审过程中,有包括诺奖得主、图灵奖得主、菲尔兹奖得主以及数十位美国、法国、德国等国的科学院、工程院院士,参与了未来科学大奖的提名与评议过程。2020年三个奖项共接收到200多封推荐信。

未来科学大奖每年在中国北京举办颁奖典礼,对为全人类做出重大科研成果的科学家予以表彰。颁奖典礼同期举行的科学峰会,旨在邀请全球范围内卓有建树的科学家,分享科学发展的前沿成果,探讨学科交叉与学术创新,推进科学主导的产业应用。

历届获奖人:

2016年至2019年,未来科学大奖共评选出16位获奖者,他们分别是:

生命科学奖

2016卢煜明(Yuk-Ming Dennis LO)

2017施一公

2018李家洋 袁隆平 张启发

2019邵峰

物质科学奖

2016薛其坤

2017潘建伟

2018马大为 周其林 冯小明

2019王贻芳 陆锦标(Kam-Biu LUK)

数学与计算机科学奖

2017许晨阳

2018林本坚(Burn J. LIN)

2019王小云

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