張勇教授（中）在鋼鐵廠學(xué)習(xí)

張勇教授在英國劍橋大學(xué)

        談起回國做學(xué)問，張勇教授還是有很多思考的。他認(rèn)為，我們國家雖然在某些方面達(dá)到了世界領(lǐng)先水平，可是在整體科研方面與國外還是有一定的差距，而究其原因，他認(rèn)為：“官本位思想影響較嚴(yán)重，使國內(nèi)學(xué)者能夠腳踏實地做學(xué)問的人數(shù)減少。其實，在我看來，我們國內(nèi)學(xué)者的智力水平是相當(dāng)高的，如果能把重心調(diào)整到真心實意地做學(xué)問上來，我們還是很有希望的”；另外，他還覺得我們國內(nèi)的工藝水平跟國外比起來存在相當(dāng)大的差距，加工精度提不上去，做出來的東西質(zhì)量就要大打折扣?！跋敫鍪莾苫厥?，很多看似簡單的原理，做起來會涉及到很多技術(shù)問題。工藝精度提不上去，很多好的東西就做不出來?！币虼耍趲а芯可倪^程中，張勇教授總是對學(xué)生強調(diào)：“做事，一定要認(rèn)真投入地做出精品，如果沒有品質(zhì)，數(shù)量再多，對于科學(xué)的進(jìn)步來說都是毫無意義的?！?/FONT>

        善于質(zhì)疑才能有所突破

        對于科研人員而言，不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題是樂此不疲的事情，張勇也不例外。他在研究過程中感覺到，在材料科學(xué)教材中學(xué)到的“材料性能是由其結(jié)構(gòu)決定的”這一原理其實值得商榷。微觀和納米級別的結(jié)構(gòu)是材料制備加工工藝的結(jié)果，雖然認(rèn)識是沒有止境的，但其制備工藝卻是可以控制和提高的，所以可以通過改進(jìn)工藝來達(dá)到優(yōu)化材料性能的目的。那么，我們?yōu)槭裁床荒軓膭?chuàng)新制備工藝方面來著手研究提高材料的性能呢？
        本著對工藝研究的重視，張勇教授在相關(guān)方面做出了一定成績：為推動塊體金屬玻璃在MEMS上的應(yīng)用，他們對塊體金屬玻璃進(jìn)行了電火花、激光等微加工成形；他們應(yīng)用電化學(xué)方法制備出了定向排列的多孔大塊金屬玻璃；為了突破塊體金屬玻璃復(fù)合材料受臨界尺寸的限制，他們發(fā)明了連續(xù)非晶包附金屬絲塊體非晶復(fù)合材料連鑄工藝等。
        張勇教授認(rèn)為：很多人在做科研的時候，總是習(xí)慣用已知推測未知，這樣容易受已知限制，其實很多成果都是因為跳出了思維的局限才最終取得的。因為深刻領(lǐng)悟到了這一點，張勇教授和他的同事最先用復(fù)合材料及Bridgman技術(shù)發(fā)現(xiàn)了合金共晶耦合區(qū)和最優(yōu)玻璃形成能力成分的關(guān)系；通過進(jìn)一步的理論分析，他們認(rèn)為結(jié)晶的生長過程對大塊非晶合金的形成更加重要，在控制的凝固中形核過程幾乎不起作用，形成非晶的過程是非晶相和各種晶態(tài)相競爭生長的結(jié)果。運用經(jīng)典的凝固理論，根據(jù)相圖可以定量地計算出非晶形成的區(qū)域，此理論解釋了“為何有些合金的最優(yōu)玻璃形成能力成分點不在共晶點”這一問題，也成為一種尋找新型大塊非晶合金的有效方法。 
        在張勇教授的研究項目中，有兩項比較重大的國家自然科學(xué)基金項目：一是應(yīng)用稀土微合金化提高合金玻璃形成能力；二是對高熵合金對應(yīng)模量的研究。對于這兩個項目，他總是謙虛地表示，成果的發(fā)現(xiàn)是個很“偶然”的結(jié)果?？墒?，我們也能夠想象得到，在這輕松的“偶然”背后，要做出科研成果，需要付出多大的努力與艱辛。
        長期以來，提高塊體非晶合金的臨界尺寸一直是塊體非晶合金研究中的一個極具挑戰(zhàn)性的工作，高純度、高真空度的制作要求成為獲取大尺寸非晶合金的重要難點。張勇在做博士后期間，聯(lián)想到自己之前的碩士導(dǎo)師曾經(jīng)在試驗中使用過稀土元素，那么稀土元素對非晶合金的形成能力是不是也有作用呢？結(jié)果一試，發(fā)現(xiàn)非晶合金的形成能力一下子就提高了，且純度也不用太高，對真空度的要求也稍微低些。通過進(jìn)一步試驗，張勇及其他研究成員在鋯基非晶合金中發(fā)現(xiàn)了用少量稀土元素Y合金化法（約2at%），可以去除合金中的氧，降低非均勻形核的概率，從而大幅度改善合金玻璃形成能力，該內(nèi)容發(fā)表在Mater.Trans. JIM[41,NO.11.(2000)1427-1431]上，并獲得美國專利授權(quán)（2004年1月27日授權(quán)，專利號US 6682611 B2）。這一方法已經(jīng)被許多國家的科學(xué)家應(yīng)用，使許多合金的臨界厚度從毫米級提高到了厘米級，而且少量稀土元素合金化已成為提高合金玻璃形成能力的有效手段。但是，其中的機理和科學(xué)問題仍需要繼續(xù)研究。
        后來，張勇及其團(tuán)隊又用微擾方法對稀土釔微合金化的作用進(jìn)行了更進(jìn)一步的研究，提出通過降低晶體相的穩(wěn)定性和提高過冷液體的穩(wěn)定性來提高合金玻璃形成能力，通過稀土大原子的引入，從而增加晶體相的晶格畸變，這種晶格畸變能和晶體的空間堆積致密度成正比，致密度高的晶體相需要更加少的稀土元素來抑制其析出，提高合金的玻璃形成能力。這一成果被美國《應(yīng)用物理快報》（Applied Physics Letters）接受，總體評價為“Very Good”；其中發(fā)表的第一篇關(guān)于微量釔對玻璃形成能力的文章，Mater. Trans. JIM到現(xiàn)在單篇已被引用52次。
        張勇在研究高熵合金對應(yīng)低模量這一項目時，偶然發(fā)現(xiàn)有些高熵合金對應(yīng)低模量，應(yīng)用價值非常高。目前這一發(fā)現(xiàn)還有待于進(jìn)一步研究。高熵合金是在塊體金屬玻璃的基礎(chǔ)上拓展、發(fā)展的一類易于形成固溶體的多組元合金，它具有和塊體金屬玻璃類似的高強度。張勇教授對高熵合金的研究相對比較早，也取得過很多的研究成果。此外，他們還在高熵合金中發(fā)現(xiàn)大尺寸原子的添加會使合金由致密度高的相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅芏鹊偷慕Y(jié)構(gòu)，如大的鋁元素的加入替換小的銅元素使合金CoCrFeNiCu或Ti0.5CoCrFeNiCu的相結(jié)構(gòu)由FCC轉(zhuǎn)變?yōu)锽CC，而且合金的強度也相應(yīng)提高。從合金的鋼球模型的原子級別應(yīng)變分析，他們認(rèn)為這由于大的鋁元素的加入可以引入晶格畸變，轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅芏鹊偷慕Y(jié)構(gòu)是為了松弛晶格畸變等。
        人生總是在付出與回報中出現(xiàn)閃光。在孜孜不倦的求索中，張勇也獲得了相應(yīng)的肯定與回報。目前，他獲得8項國家發(fā)明專利的授權(quán)和一項美國發(fā)明專利的授權(quán)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文100余篇，被引用800多次，近十年的H因子為16。其中，一篇關(guān)于非晶微成形的文章被《國際非晶學(xué)報》評為2008年25篇最熱文章；發(fā)表的高熵合金方面的論文被《自然》雜志（Nature China）以2007年研究亮點兩次作專題評論，《光明日報》和《科技日報》也給予報道。由于報道了兩種體心立方的高強度高熵合金，被《Who's Who in the World》（世界名人錄）選為2009年Top100名世界杰出科學(xué)家之一。2007年，《稀土釔對銅基合金玻璃形成能力的作用機理》獲北京科技大學(xué)優(yōu)秀論文獎；《連續(xù)制備非晶包覆金屬絲技術(shù)》獲得第七屆國際先進(jìn)金屬間化合物和新金屬材料會議優(yōu)秀獎；2008年，《高熵合金超順磁性VSM測量技術(shù)》獲得北京科技大學(xué)實驗技術(shù)二等獎。

    張勇，1969年生于河北宣化，現(xiàn)為北京科技大學(xué)新金屬材料國家重點實驗室教授、博士生導(dǎo)師，國家863項目、國家自然科學(xué)基金面上項目、青年基金項目、教育部博士點基金、新教授基金等評審專家，兼任中國材料研究學(xué)會、金屬間化合物與非晶合金分會理事、副秘書長，非晶合金分會干事長。著有《非晶和高熵合金》一書，中國科學(xué)出版社出版；《中國物理學(xué)報》和《Chinese Physics》特約審稿人；并擔(dān)任《中國有色金屬學(xué)報》、《金屬學(xué)報》、《中國科學(xué)》等期刊審稿人；外文期刊Intermetallics，Materials Science and Engineering A，Journal of Non-Crystalline Solids，ElectroChemistry Communication等的審稿人。