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2015年度简报

2015 BRIEFING

沈阳材料科学国家(联合)实验室(简称SYNL)依托于中国科学院金属研究所,由国家科学技术部和中国科学院共同资助,主要从事材料科学基础研究和应用基础研究,研究领域涵盖材料制备与加工、材料结构分析与表征、材料设计与计算模拟、材料性能评价与使役行为等。实验室现设有11个研究部,1个公共技术服务部和3个中心。

2015年,在有关部门及领导的支持下,经过全室员工、学生的共同努力,实验室的建设不断取得进步,承担国家、省部级等各类研究项目339项,在材料科学前沿探索研究和解决国家支柱产业发展技术瓶颈等方面,均如期完成了承担的各类研究任务。在铁电材料中通量全闭合畴结构、大尺寸高质量二维Mo2C超导晶体的制备、梯度纳米结构(GNS)316L不锈钢疲劳行为、低周疲劳损伤与寿命预测能量模型建立、由Co@C纳米胶囊到高催化性能Co3O4纳米颗粒演化等方面取得了新的进展。

在过去的一年里,实验室与有关各方一起,积极谋划创新发展,以现SYNL为基础建设“沈阳材料国家实验室”。2015年1月7日,中国科学院、辽宁省与沈阳市签订共建沈阳材料国家实验室三方协议。2月7日,沈阳材料国家实验室筹建方案研讨会在北京召开,来自科技部、财政部、发展改革委、中科院、国家自然基金委、国家知识产权局、辽宁省、沈阳市以及国内知名高校和重点行业的领导和专家对实验室筹建方案提出了宝贵意见。

实验室坚持对外开放,鼓励高水平的合作研究,本年度共有80位来自国内外的客座研究人员来室短期工作,累计接待402人来室参观;实验室科研人员共做国际学术会议邀请报告99人次,19人在55个国际学术组织和学术期刊任职。

实验室在大型测试分析设备完好率达100%的前提下,各类公共科研仪器设备运行总机时达到15.7万小时,较上年增加约15%,其中电镜类设备超出标准负荷26%;2015年实验室为科研院校、企业累计培训各类科研技术人员总计1860人次,比上年增加200余人。

 • 实验室主任:卢柯院士

 • 队伍结构:固定研究与技术人员235人,聘用人员75人,研究生547人,客座研究人员80人。

 • 年度经费:16609.05万元,其中承担国家、省部级等各类研究项目339项,项目经费12279.05万元;年度运行费4330万元。

 • 学术论文:发表国内外学术期刊论文390篇,其中英文372篇。

 • 发明专利:申请87项,授权45项;截至2015年底,共授权537项。

 • 荣誉奖励:51人次共荣获国内外各类奖励近20项。

代表性成果:

 • 铁电材料中通量全闭合畴结构的发现

自1986年起,虽然在铁电材料中预测了通量全闭合结构的存在,却一直没有得到实验证实。我们在通过应变调控的PbTiO3铁电薄膜中发现通量全闭合畴结构及其新奇的原子构型图谱,观察到由顺时针和逆时针闭合结构交替排列所构成的大尺度周期性阵列。在此基础上,揭示了周期性闭合结构的形成规律,推导出闭合结构核心处超大的应变梯度(109/m)并计算出目前最高量级的弯电常数(10-10C-1m3)。

 • 大尺寸高质量二维Mo2C超导晶体的制备

过渡族金属碳化物具有新奇特性和应用的材料家族,然而已有方法只能得到功能化二维纳米片,片层尺寸在数纳米到数微米之间,且存在大量缺陷和官能团。我们提出一种以双金属叠片为生长基体的CVD方法,制备出了大面积高质量超薄Mo2C二维超导晶体,厚度几纳米,横向尺寸达100微米,且具有严格的化学计量比、很高的结晶质量以及优异的化学和热稳定性,其超导转变特性表现出二维Berezinskii-Kosterlitz-Thouless相变特征,随磁场方向呈现各向异性,且强烈依赖材料的厚度。

 • 梯度纳米结构(GNS)316L不锈钢的疲劳行为研究

将金属材料晶粒细化为超细晶或者纳米晶,可提高其应力控制条件下的高周疲劳性能,但往往降低其应变控制条件下的低周疲劳性能。我们在经过表面机械滚压处理(SMRT)形成GNS表层的316L不锈钢样品上发现其在应力控制下的高周和低周疲劳性能均大幅度提高。GNS层抑制了循环变形过程中的应变局域化,进而抑制疲劳裂纹的萌生并有效协调一定幅度的塑性变形,提高了疲劳性能。

 • 低周疲劳损伤与寿命预测能量模型的建立

对于材料的疲劳损伤与寿命预测,经典的Coffin-Manson公式与Basquin公式分别选择塑性应变幅与应力幅参量进行了评价。然而对这些经典公式中各参数物理意义的认识却十分缺乏,限制了对材料疲劳损伤本质的认识。我们以能量作为损伤的主要参量提出了疲劳损伤滞回能模型,且在Cu-Al合金与Fe-Mn-C中证实了该能量模型的合理性,并进一步提出提高材料疲劳损伤容限(开源)与降低其疲劳损伤速率(节流)是改善材料疲劳性能的根本手段。

 • 由Co@C纳米胶囊到高催化性能Co3O4纳米颗粒演化过程研究

富含活性中心的过渡金属纳米结构材料具有接近或超越贵金属的催化性能。我们与合作者共同制备了碳包裹金属单质Co的复合壳核结构(Co@C纳米胶囊)。在催化氧化反应中,Co@C纳米胶囊的碳外壳的局部优先破壳露出Co内核,使之氧化成Co3O4纳米颗粒。Co3O4纳米颗粒表现出与贵金属Pd相当的催化性能。在CH4催化氧化反应中,当转化率为50%时,其转化温度仅为376˚C(常规在800˚C以上),在整个催化周期内,生成CO2的选择性100%。

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