Amorphous materials group

Group Leader:柯海波

Position

◆ 特聘研究员
◆ 2019年起,任松山湖材料实验室新一代非晶合金研发与关键应用探索团队负责人

Research Direction

◆ 2012年博士毕业于中国科学院物理研究所,其后在中国工程物理研究院与香港城市大学从事基础研究工作
◆ 长期从事非晶合金的玻璃转变、弛豫、微纳结构与力学等前沿基础以及非晶合金的应用与科技成果产业化转移研究

Main Achievemnets

◆ 在Acta Materialia,Nature Communication等国际期刊发表SCI论文30余篇
◆ 承担了国家自然科学基金、广东省基础与应用基础重大项目等多项基金课题

Group Members

 团队成员:汪卫华,柯海波,童星,尚宝双,闫玉强,李金苓,李明星,咸海杰,沈来权,陈自强,赵勇,赵航

 

        新一代非晶合金研发与关键应用探索团队是由汪卫华院士领衔,团队包括3名国家杰青1名优青14名核心成员及一群年轻活泼富有朝气和创造力的研究生。

        团队在非晶合金材料领域已耕耘30余载,在非晶材料的体系研发、基础物性、性能调控等方面积累了丰富的成果与经验,已成功获批广东省基础与应用基础重大项目的支持,同时联合广东省其他高校院所非晶合金基础研究团队与非晶合金产业化企业,共同为非晶合金的基础研究和应用基础研究提供理论与技术支撑。

       未来将针对非晶基础研究与产业应用中存在的关键科学技术难题,致力于促进具有显著影响力的非晶合金材料产业链的形成,研发具有不可替代性的国际性标志产品,力争在非晶材料领域实现新理论、新技术、新方法的突破。

Introduction

项目介绍

        非晶合金兼具金属和非晶、固体和液体特性,是颠覆性的新一代高性能金属材料。由于具有独特的结构与优异的性能,非晶合金在能源、信息、生物医疗、环保、消费电子等高新技术领域有重要的应用与支撑作用。但是非晶合金的体系有限,能合成的尺寸有限,严重制约了非晶合金的广泛应用,合金系统的非晶形成能力差是当前非晶合金材料领域的最大的“卡脖子”难题,非晶形成能力的物理机制也是近一个世纪以来一直没有突破的材料科学的关键科学问题,是凝聚态物理最具挑战性的重要科学问题之一。研究团队采用材料基因工程理念开发了独特的高通量实验方法,实现了非晶合金的快速筛选,研制出高温高强非晶合金材料新体系。高通量实验方法在非晶合金领域的应用,有望解决非晶合金新材料探索效率低效的难题,实现非晶合金新材料的高效探索,获得更多高性能非晶合金材料,拓宽非晶合金在高技术领域的应用范围。相关工作于2019年5月发表在《Nature》杂志上,题为High- temperature bulk metallic glasses developed by combinatorial methods。

        本项目拟采用全新的材料科学理念和方法、先进制造技术,如材料基因组理念、高通量快速制备表征技术、先进激光制造与新型热塑成型技术等,构建合金非晶形成能力的基础理论,发展变革性的非晶合金预测和制备技术,研发新型非晶合金激光制造与热塑成型技术,促进非晶合金材料的更广泛的应用。通过本项目的实施,解决近一个世纪以来对非晶形成的物理机制认识不清晰的难题,颠覆近六十年以来传统试错法与凝固技术制备非晶合金的方法与思路,突破三十年以来限制非晶合金规模应用的材料尺寸瓶颈问题,获得一系列高性能非晶合金材料,实现大尺寸非晶合金材料的制造,为非晶合金在关键技术领域的应用,奠定理论基础,提供技术支撑。

 

项目意义

        材料是人类社会发展的物质基石,是推动人类文明进步的载体。其中,高性能金属材料广泛应用于国民经济、社会发展、基础建设和人民生活的各个领域,成为保障经济建设、社会进步的重要基础,也是建设制造型强国和创新型国家的关键支撑。传统的金属材料往往基于一到两种主要元素,形成长程有序的晶格结构,因此,可归类为由化学有序和拓扑有序主控的有序合金。非晶合金突破了传统金属几千年来化学成分和拓扑结构的有序主导,是一种全新的高性能金属材料。非晶合金在原子结构上无序,能量上处于亚稳非平衡态,兼具金属和非晶、固体和液体的特点,因此具有很多传统金属材料不具备的优异特性,如高强高韧高硬度,耐磨耐蚀,强自锐与易成型等;此外,非晶合金还有很宽的成分调制范围,具有过冷液相区(软化区)、遗传、记忆、软磁、大磁熵和蓄冷效应等独特的物理性质。

        由于这些特点,非晶合金在工业、农业、医疗卫生和日常生活中都有广泛应用的前景,对能源、信息、生物医疗、环保、消费电子等高新技术具有重要的应用潜力和支撑作用。在能源方面,非晶合金材料的开发和利用对促进节能环保具有重要意义。例如铁基非晶合金具有良好的软磁性能,能够替代传统的硅钢、坡莫合金以制作变压器铁芯,进而大大提高变压器效率,降低配电变压器的铁损60~70%。非晶合金同时具有优异的催化性能。如最近发现Pd基、Ir基非晶合金作为一种催化剂,应用在电解水制备高纯氢气上,比目前使用的铂催化剂效率更高稳定性更长。铁基非晶合金(又称非晶钢)的高硬度、抗磨损、无磁和腐蚀特性是高性能涂层材料的最佳选择。美国一直在研究高性能非晶涂层在海水防腐、隐身、高耐磨表面硬化和轻量化部件、抗腐蚀部件和电子器件保护套等方面的应用。在环境保护领域,由于非晶合金独特的原子结构,表现出比晶体材料更优异的降解有机废水的能力,在未来工业污水和生活污水的深度降解处理具有潜在的应用价值。锆基非晶合金由于非晶形成能力高、易加工成型、高比强度、高弹性极限特性,已在医疗器械、体育器材、消费电子、柔性齿轮等关键部件实现应用。

        非晶合金不但是性能独特的新材料,同时也蕴含了丰富的科学问题和现象,是研究凝聚态物理和材料科学问题的模型材料。近半个世纪以来,先后有四位科学家因为对非晶态领域研究的杰出贡献而获得诺贝尔奖。近几十年来,有关非晶合金材料特别是块体非晶合金的发展更是将非晶态物理相关的问题研究推向凝聚态物理和材料科学领域的前沿。

 

研究方向

        1、非晶形成能力的基础理论
        2、高性能非晶合金高通量制备、表征与筛选研究
        3、大尺寸非晶合金的先进制造研究
        4、非晶合金的新功能特性探索
        5、非晶合金关键领域应用研究