“5、4、3、2、1，发射！”2024年11月30日，首次采用上海交通大学材料科学与工程学院、金属基复合材料全国重点实验室研发的新型碳纳米管/铝基复合材料作为首飞箭级间段的长征十二号运载火箭，在海南文昌商业航天发射场成功首飞。

金属基复合材料，是中国科学院院士、上海交通大学讲席教授、金属基复合材料全国重点实验室主任张荻的研究领域。从实验室的微观世界到浩瀚太空的深入探索，他用三十载光阴诠释着材料科学家的使命，“让中国复合材料在世界舞台绽放异彩”，这名科学家的攀登脚步从未停歇。

国家战略需求的“破局者”

“想国家之所想、急国家之所急、应国家之所需”是张荻一直秉持的原则与精神。长期以来，他带领的研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、金属基复合材料全国重点实验室成为我国轻质高强金属基复合材料的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，通过在金属中引入高性能增强体，使金属更强、更轻、更韧。近年来，金属基复合材料迅猛发展，在航天、汽车、生物工程等领域不断取代传统材料。举例来说，在我国的航天领域，在原有的铝合金材料中加入碳化硅、碳纳米管增强体所设计和创制的轻质高强铝基复合材料替代传统的高强铝合金，由于材料比刚度、比强度的提升，可大大减少整个自身结构重量，从而大幅度增强火箭的有效运载能力。对于航天器来说，重量减轻意味着什么？20世纪60年代，钱学森先生就曾在《星际航行概论》中提出“航天器每一个零件减少1克重量都是贡献，协调重量是总设计师的重要任务”。可见航天器不是“斤斤计较”，而是“克克计较”。

轻质高强金属基复合材料是空天、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长期以来一直对我国实施相关材料、技术与装备的全面封锁与禁运。为此，张荻留学回国后带领团队，致力于金属基复合材料的应用基础研究，历经三十余年，通过系统性解决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，为我国“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。

“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。”张荻说，做科研要“脑勤身懒”，充分思考后再行动，将学科前沿与国家需求相结合，有长远的视野和规划，做可持续的研究。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。如今，探月工程、中国空间站、北斗三号等数十个航天器，都凝聚了张荻团队的心血。

在大自然中探寻遗态材料

自古以来，向大自然学习是人类获取知识、汲取营养的最直接、最根本、最有效的方法和手段。材料学中出现的新概念——材料遗态学，正是源于自然界生物的启迪。

“虽然我们的材料看似无所不能，但实则有一个‘致命缺点’——塑性很差。”张荻指出，随着材料刚度与强度的大幅度提升，材料的塑性急剧下降，且相比于常规材料，复合材料的塑性下降得更快。难道材料的刚度/强度与塑性“鱼和熊掌不可兼得”？

作为一名材料学家，张荻常说，要做大自然的开拓者，“向大自然学习也许是科研工作者做科研的最好途径。”能够超载负重的甲虫外壳、强韧的贝壳、利于体内物质流通的藻类、对光线和温度敏感的蝶翅……在他看来，自然界的生物身上虽没有“铁甲钢衣”，其骨肉身躯却演化出了令人惊叹的优异性能。这些特性的关键并非材质，而是经亿万年进化出的精细构型，“这种结构和功能的集成化和一体化无疑为先进材料的设计和制备提供了借鉴意义。”

张荻团队在大自然中看到“曙光”——贝壳实际是由95%的碳酸钙和5%的蛋白质组成，原本强度和塑性很低的成分形成一种“微纳砖砌结构”，就像中国的万里长城，用盖房子的砖块堆叠起来，实现了强度和塑性的大幅提升。在这一学术思路引导下，他和团队创制了一系列具有生物精细分级结构的高性能材料，如用寒带生存的蝴蝶做模板所创制的功能材料，大大提高了太阳光的吸收率，从而可用于指导光电、光热、光催化、光解水等光能源转化材料；利用热带蝴蝶的光反射响应特性制备出光调控材料；以植物叶片为模板所制备的“人工树叶”材料大大提高了人工光合作用的效率。这些也为此后的高性能、新材料的结构性能化设计提供了前瞻性思路、理论依据和实用途径。

锻造材料领域青年“梦之队”

二十世纪七十年代末，在我国改革开放之际，张荻以优异的成绩考取上西安交通大学材料科学系。毕业后，成绩优异的他又获得教育部出国读研究生的机会，赴日本留学。在日期间，他分获大阪大学硕士学位以及博士学位。1988年，获得博士学位的他立即回国工作，扎根在上海交通大学这片教书育人与科学创新的沃土之中。

“每位研究生的专业背景、专业基础、人生追求不尽相同。”张荻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自己的存在是重要的，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，而是一起从事科研工作的伙伴。要让每位学生都能在学术团队里充满信心，度过充实而又富有激情的研究生生活。”

张荻在培养理念上，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，他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，他又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。2017年，他获得上海交通大学首届“教书育人奖”一等奖；2022年，他所参与的《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》斩获高等教育（研究生）国家级教学成果一等奖。

作为老师，张荻始终为学生搭建更加优秀的科研和学习平台，拓宽学生视野，实现自己的人生价值。在他的引导和帮助下，近年来，团队培养杰青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。

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  复合材料创新高峰的攀登者——记全国先进工作者、上海交通大学金属基复合材料全国重点实验室主任张荻