交大要闻

张荻院士:三十年磨一剑,筑金属基复合材料飞天梦

“从事教育,必须有一种内心的觉醒,那就是把自己的命运和国家的命运紧密结合在一起。”

“自然是高效的,自然是完美的,自然是简洁的……向自然学习也许是科研工作者做科研的最好途径。”

“在我的团队中,他们不是我的助手,而是一起进行科研的伙伴。”

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张荻院士,1957年3月出生于陕西西安,现任上海交通大学讲席教授、金属基复合材料国家重点实验室主任。1982年本科毕业于西安交通大学机械系,并考取教育部公派留学研究生。1985、1988年分别获日本大阪大学材料学硕士、博士学位,学成即刻回国报效祖国,1988年迄今在上海交通大学任教。长期从事金属基及构型化复合材料应用基础研究,在复合设计制备、形变加工、构效关系及构型化调控等方面做出了系统的创新性研究成果。在国内外学术期刊上发表SCI收录论文600余篇,SCI他引23000余次,出版中、英文学术专著3本。主持承担了国家863计划、973计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金重大等项目,授权中国发明专利90余项,制定金属基复合材料国家标准3项。基础研究指导和支撑应用研究,为我国多个重大工程创制了一系列的轻质高强金属基复合材料,成功应用于我国航天等高科技领域。获国家自然科学奖二等奖2项(均为第一完成人)、省部级一等奖4项(2项排1)。2022年当选欧洲科学院院士,2023年当选中国科学院院士。

顶天立地,心系国家 

筑金属基复合材料飞天梦

“想国家之所想、急国家之所急、应国家之所需”是张荻院士一直秉持的原则与精神。长期以来,张荻院士所带领的探究团队对金属基复合材料开展了系统和深入的基础和应用研究,使上海交通大学材料科学与工程学院复合材料研究所、金属基复合材料国家重点实验室成为我国轻质高强铝基复合材料主要研发和制造基地。

金属基复合材料是国家战略性基础材料,是空天、国防等领域不可或缺的关键结构材料,以美国为首的西方国家一直对我国实施相关材料、技术与装备的全面封锁与禁运,张荻院士带领团队在该领域取得一系列关键技术突破和应用,不仅打破了国际封锁,还推动了国家高新技术重大装备的快速发展。

众所周知,航天器与武器装备迫切需要轻质高强多功能金属基复合材料,通过在轻质金属中引入高性能增强体可使金属基复合材料的各项性能优异,优点突出,如质量轻、高比强度、高比模量、热场循环下的尺寸稳定性好、良好的抗磨损能力,满足航天器与武器装备的应用需求。张荻院士带领团队,致力于金属基复合材料的应用基础研究,历经三十年,通过系统性解决了金属基复合材料的复合设计、界面调控、加工成型及复合构效的关键科学问题技术难题,并将基础研究成果支撑应用,为“天和”核心舱,“问天”和“梦天”实验舱,嫦娥二号、三号、四号、五号探测器月球车及武器装备等30余个关键型号,研制并提供了数百种规格、上万件的材料构件。

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一代装备牵引一代材料,一代材料造就一代装备,只有先进的中国材料才能夯实中国制造的底气。不能让我们的技术落后于人,身为科研材料人,我们等不了、慢不来,也停不下来,在张荻院士看来,投身科研报国是自身本该有的使命担当。

敢想敢为,师法自然 

寻精细构型遗态材料创新

材料的优异性能不仅取决于其组分、组织,而且还取决于其构型。如何通过精准设计、调控材料的构型来大幅提升同质材料的综合性能,是材料科学发展的趋势与难点。物竞天择,自然界生物经亿万年进化出的分级精细构型衍生出令人惊叹的优异特性,呈现出“组分简单、同质异构、构型精细、性能优异”的特征和规律。虽然人类师法自然,通过人工模仿生物构型的仿生方法,提升了材料的性能,并取得了重要成果和进展,但现有的材料制备原理和技术依然难以在材料中精准地仿生出自然界生物的精细构型,难以秉承由自然界生物精细构型所衍生出的优异特性,因而严重阻碍了精细构型与人工材质耦合效应和机制的研究,并无法厘清生物精细构型中的关键构型要素对材料性能的影响机理,从而制约了高性能构型化材料的设计和创制。

针对上述难点,张荻院士团队在国际上首次创新提出以材料性能为导向,甄选和巧借自然界生物精细构型,通过构型与材质的复合,在保留其精细构型的同时,置换生物组分为特选的人工材质,构筑既秉承自然界生物精细构型特征,又有人工材质特性的新型材料—“遗态材料”。

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基于上述学术思想和研究方法,张荻带领团队系统开展了遗态材料的设计与制备科学研究,发现了生物精细构型与人工材质耦合的新现象,并揭示了其构效机制,为新型高性能材料研究提供了新原理、新方法、新范式,展示和验证了该学术思想和方法的有效性与普适性。

该研究成果在Nature Nanotechnology,Advanced Materials, Progress in Materials Science期刊上发表100余篇论文,出版了国际上第一部遗态材料专著,被全球200余家团队引用与跟踪报道,引领了新型构型化复合材料的设计与制备研究领域,并推动了学科交叉发展,在海水淡化、卫星热控、储能、电磁屏蔽等领域得到了应用验证并具有应用前景。

经历过从无到有,提出新概念过程的张荻教授,深谙创新在科研中的重要。“很多人都在讲这个事情能不能做出来,但其实,不怕做不出来,就怕想不出来。”他如此说。“别人做不出来你能做出来的时候,虽然也是一种成绩,但已经是晚了一步了,因为已经有人‘想’在了前头。”

立德树人,硕果累累 

师以匠心润物无声育桃李

张荻院士忠诚党的教育事业,潜心教学,立德树人,甘于奉献,尽心尽力完成各项教书育人重任。他是上海交通大学首届“教书育人奖”一等奖获得者,自1988年在日本大阪大学获得博士学位后,他便立即回国工作,扎根在上海交大这片育人的沃土之中。他在培养理念上,全过程践行“服务国家重大需求”的育人理念,将价值引领浸润到研究生培养全链条中;在培养体系上,构建了科学与工程兼容并举的学生培养和教师发展体系;在培养举措上,通过优化学科布局和三大协同推动学科优势转化为育人优势。2022年,张荻院士所参与的《服务国家重大需求,构科学工程并举培养体系,育顶天立地材料创新人才》获高等教育(研究生)国家级教学成果一等奖。

“每位研究生的专业背景、专业基础、人生追求不尽相同。”张荻院士说,因此他对学生个人的发展目标与科研要求也因人而异。他常说,要让每一位团队成员感觉到他的存在是重要的,在团队中有地位、有责任、有义务,更不可或缺。“在我的团队中,他们不是我的助手,而是一起进行科研的伙伴。要让每位学生都能在学术团队里充满信心,并度过充实而又富有激情的研究生生活。”

教育者,非为已往,非为现在,而专为将来。张荻院士积极引导学生们开展原创性的研究工作,为了帮助学生提高更加丰富的学术知识与实践经验,他多次带领学生参加国际会议、科研项目并鼓励学生多做国际学术交流,他认为作为老师,应该为学生搭建更为优秀的科研平台和学习条件,让学生拓宽视野,实现自己的人生的价值。在他的引导和帮助下,近年来,张荻院士团队已培养杰青1名;万人计划科技创新领军人才2名;万人计划青年拔尖人才等四青人才7名;博士生55名,其中获全国百篇优博论文2篇、上海市优博论文9篇。

师者如光,虽微致远。张荻院士的敦本务实、诲人不倦,正是一批批“交大人”的现实缩影,他们秉承着“饮水思源·爱国荣校”的交大校训,以“交大责任感”为国家、为学校的科研与教育事业默默耕耘30多个春秋,为推动中国自然科学领跑、为推动中国教育事业发展竭智尽力!

材料科学与工程学院
新闻中心
曾玉竹