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与2011年诺贝尔化学奖获得者Daniel Shechtman合作研究经历 精选

已有 9362 次阅读 2011-10-11 15:43 |系统分类:人物纪事| 合作, 2011诺贝尔化学奖

2011年诺贝尔化学奖授予发现准晶的以色列科学家Daniel Shechtman

 

早在1850年科学家总结出晶体的平移周期性,晶体中原子的三维周期排列方式可以概括为14种空间点阵。受这种平移对称性约束,晶体的旋转对称性只能有123465种旋转轴,晶体中原子排列不允许出现5次或6次以上的旋转对称性。1982年以色列科学家Daniel Schechtman在快速凝固的铝锰合金中通过透射电镜发现了5次旋转对称的衍射花样,并把这种具有长程有序而没有周期平移的相命名为准晶体(quasicrystal)。准晶的发现颠覆了传统的晶体学理论,开拓了材料研究的新领域。

 

鉴于Daniel Shechtman在准晶方面的杰出贡献,2004年美国能源部Ames 实验室和爱荷华州立大学力邀Daniel Shechtman加盟以提升其准晶等领域的研究实力,因此Daniel Shechtman成为受聘于美国和以色列理工大学(Technion-Israel Institute of Technology)的双聘教授,每年来Ames开展近半年的学术研究。

 

20049月笔者(现上海大学材料科学与工程学院,教授,博士生导师)结束在德国的洪堡研究后来到美国能源部Ames实验室Karl A. Gschneidner, Jr.教授(美国工程院院士)和Alan M. Russell教授领导的团队开展一种新的系列B2型稀土金属间化合物韧性机理的研究。众所周知,金属间化合物低的密度、良好的抗氧化性能及高的高温强度和刚度,在航空和航天以及能源等领域具有应用潜力,近几十年来一直为关注和研究的热点之一。但其室温塑性差,阻碍了它的广泛使用。Gschneidner博士(Nature Materials 2(2003)587-590)首次发现的成分为RMR:稀土金属;M2, 8-13族金属)的B2型稀土金属间化合物具有良好的室温塑性和断裂韧性,如YAg的室温延伸率高于20%,可以和商业铝合金相媲美。对其韧性机理的探索有助于阐明B2RM金属间化合物高塑性的机理,以便更好地了解和利用该类材料,以期对改善其它金属间化合物的塑性起指导或参考作用。

 

为解开韧性RM金属间化合物高塑性机理的谜团,以及基于Shechtman教授深厚的透射电镜理论和实践功底,GschneidnerRussell邀请Shechtman教授一道开展合作研究。每二周一次课题组的学术讨论会,Daniel Shechtman像一位普通的学者一样总是准时参加,而此时他已获得除诺贝尔以外的Wolf物理奖、Weizmann科学奖和瑞典皇家科学院Aminoff奖等多项世界大奖,他总能在别人的报告之后给出建设性的意见和点评。在Shechtman教授的帮助下,获得了单晶DyCu的变形滑移系以及发现<100><111>位错同时在DyCu里开动,<111>位错的开动将满足多晶材料良好塑性五个独立滑移系的von Mises准则,从而可以部分解释RM合金的良好室温塑性,研究结果发表在2007年的材料研究权威期刊Acta Materialia上,Daniel Shechtman为该文的第二作者(G. H. Cao, D. Shechtman, et al., Determination of slip systems and their relation to the high ductility and fracture toughness of the B2 DyCu intermetallic compound, Acta Materialia 55(2007)3765-3770)。通过合作研究我们再次被Shechtman教授精湛的透射电镜技艺所折服,任何关于晶体学和透射电镜的问题总可以在他那得到答案。他不仅是一位德高望重的科学家,更是一位和蔼可亲的智者和长者,愿意帮助和关心年轻人的成长,不论你来自哪个国度。在爱荷华州立大学Daniel Shechtman每年都给材料科学与工程系的本科生和研究生开设《透射电镜显微分析》课程,尽管此时他已经是美国工程院院士,有繁重的科研任务以及诸多的商务旅行,他仍然精心备课,细致和耐心的解答学生的问题,他的课程获得了学生的一致好评。只要有时间,他仍然亲自动手操作电镜,他对科学的专注、痴迷和热情以及严谨求真的科学态度,是我们学习的榜样。



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