學術女神孫文文:把傳統金屬發在《Science》!

2021-01-21 材料科學與工程


日前，我們報導了來自澳大利亞莫納什大學和迪肯大學的一項研究成果。研究人員於2019年3月1日在《Science》雜誌發表《通過非熱處理手段實現鋁合金的析出強化》一文，孫文文博士（第一作者）和Christopher Hutchinson教授（通訊作者）在鋁合金領域的研究工作引起學術界的廣泛關注，很多讀者好奇這篇工作的創新點究竟在哪，究竟有哪些重大突破才發表在頂級期刊上？為了更加深入地了解這項成果及背後的故事，我們與本文一作孫文文博士進行了專訪。（點此查看上期→重磅！鋁合金也能發《Science》新型室溫強化方式！）


△孫文文博士


高強度的鋁合金是一種廣泛應用於交通運輸、航空、艦艇及兵器等領域的重要輕量化材料。自從Alfred Wilm於1906年發表了第一個有關通過熱處理的方式析出強化鋁合金的專利以來，在過去的100多年中，製造高強韌鋁合金的方法只有一種，即通過數小時的時效熱處理來實現析出強化，該方法可稱為「bake」。對於析出強化這個早已成形的方法，除了通過熱處理來實現，還能有什麼其它途徑呢？本論文打破了100多年來人們固有的觀念，提出了一種全新的析出強化方式，即室溫循環強化，也可稱為「shake」。

 


本論文是基於對前人所研究的鋁合金動態析出相析出機理的理解、總結、提煉與升華，研究人員發現，在室溫下通過控制加載在樣品上的應力並在一定頻率下以反覆單軸拉壓的方式處理過的棒狀鋁合金樣品，其在更短的時間內（數十分鐘）達到了與傳統峰時效熱處理（T6狀態）相近甚至更優越的力學性能。該方法不需要任何升溫的時效熱處理，其強化機理為：反覆的機械變形驅動鋁合金內部位錯的往復運動，從而源源不斷地產生空位，空位的產生驅動了溶質原子的擴散從而形成大量細小而均勻的原子團簇，這些原子的聚集可以強有力的阻礙位錯運動，從而達到強化效果。通過該方法強化的鋁合金組織在晶界附近未發現無析出帶，所以組織更加均勻，這點是時效熱處理無法媲美的，因此預測其有更強的抗破壞能力和更優異的抗腐蝕性能。未來有希望廣泛應用於關係國計民生的重要場景。



該文章第一作者是莫納什大學的孫文文博士，本科畢業於中南大學與莫納什大學，博士期間師從ChristopherHutchinson教授研發超高強度低合金馬氏體時效鋼。博士後期間與Hutchinson教授合作研究鋁合金動態析出、開發第三代先進高強鋼和利用表面析出相提高鋁合金的抗腐蝕性能，Hutchinson教授也是此工作的通訊作者。Hutchinson教授擔任金屬材料頂級期刊《Acta Materialia》和《Scripta Materialia》的編輯，長期從事金屬材料（包括鋼鐵、鋁合金、鈦合金和銅合金等）的相變、力學、熱力學模擬方面的研究。

 


從高中到博士後，努力是她的標籤，Chris教授曾向其它人評價「孫文文工作起來就像一臺機器」。在國外讀書和做科研的9年多裡，工作到半夜是家常便飯，但並不會因此而覺得苦和累，每次實驗的一點小進步都會讓她充滿成就感，樂在其中。


這篇《Science》裡很難攻克的點不佔少數，例如原子級別的表徵 – 透射電鏡和原子探針。透射電鏡部分的表徵是由第二作者有名的電鏡專家朱玉滿完成，憑藉其精湛的技術和完美的表徵，使我們對細小析出相有了最初的認識。



原子探針部分是孫文文在Deakin大學Marceau博士實驗室裡完成的，而原子探針的樣品製備、數據採集和數據分析是本項目的一大難題，在連續半年多的時間裡，經過數次的實驗一直採集不到可用的數據，在大家快要放棄原子探針的情況下，在Marceau博士的幫助下，孫文文進行了最後幾次嘗試與改進，終於收集到了可用的數據。白天在Deakin大學收集數據，驅車100多公裡晚上回到Monash連夜分析處理到凌晨3點多，最終得到了能夠清楚地解釋問題的結果。這篇文章的發表，除了孫文文自己的堅持與努力外，她更要感謝導師Chris通過長期的積累後給她提供的機遇和良好的實驗條件，還有其它作者的大力支持，可謂是「天時地利人和」，當然更離不開家人在國內的鼎力相助。

 


合作導師Chris Hutchinson是在孫文文在讀本科的金屬材料的授課老師之一，由於孫文文經常課後去找Chris問問題，所以Chris對她的印象很深刻。在2010年末，孫文文本科即將畢業考慮讀博的時候，由於其它幾個要好的同學及學長學姐都留在Monash讀博士了，所以她也毫不猶豫地選擇和他們一樣的發展，於是她找到了Chris問能否在他的課題組讀博，出於對她的信任，Chris把一個剛剛申請下來的比較重要的工業項目當作博士課題交給了孫文文來做，後來在2014年末該項目完成企業所要求的目標並順利結題。

 


聰明而且努力是Chris給所有他帶過的學生留下的印象，他的努力程度可以說是超過了99%的土生土長的澳洲人，這也是他學術上取得巨大成功的原因之一。做為金屬材料頂級期刊的編輯，他對稿件的處理也得到了很多科研人員的好評。他的這種努力帶給孫文文的影響就是「我導師都這麼努力，我還有什麼理由不努力呢」。

 

當然，科研也不是佔據了她全部時間，除了做實驗，最大的愛好就是購物。她有很多很多的衣服、鞋、包和化妝品是同住一個屋簷下的室友們對她的印象，幾乎每周都有收不完的快遞，連郵局的快遞員叔叔不用看駕照就認識這個Wenwen。實驗進展順利就買件衣服獎勵自己，亦或者實驗進展不順利就買支口紅安慰一下自己，總會找到各種買買買的理由。



在國外學習工作9年多的時間裡，孫文文一直都懷著感恩之心，希望回國工作。她近期已經將回國提上日程，將在國內一所高校擔任教師。我們祝福孫文文能繼續在相關領域取得更多成果！


來源：材料科學與工程微信公眾號。


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