中国制造的下一站必定闪耀着金属玻璃的微光

从1995年起,有个叫汪浩的黄冈中学毕业生因为高考没考好,就进了兰州大学物理系读大学。2002年,他被美国佐治亚理工学院录取,师从李默教授。李默是美国佐治亚理工学院的教授,研究领域是仿真模拟。汪浩在那里研究了8年,博士毕业之后就加入了美国能源部、国防高研计划署等项目,给自己“练级”。2013年,汪浩决定回国发展,到了深圳大学机电与控制工程学院工作。 他研究的是一种叫做非晶合金的材料。非晶合金又叫金属玻璃,它有很高的强度、硬度、耐腐蚀和抗辐射能力,还能在特定温度下像液体一样流动。汪浩觉得这个材料在纳米加工上有很大潜力,就把它比作“理想微纳加工材料”。2015年,他得到了广东省自然科学基金的资助来做研究。三年后,他们建立了非晶合金变形机制理论模型,为后面的实用化打下基础。 他和他的团队在做纳米线方面遇到了很多挑战。纳米线直径只有几十纳米,表面效应、尺寸效应和残余应力这些问题变得非常重要。为了攻克这些难题,他们把项目拆成五张“任务书”,分别研究微观结构、残余应力、形变机制、表面缺陷和工艺优化。团队通过分子动力学模拟和实验制备Pt基和Pb基纳米线来验证他们的发现。他们发现线径越小,非晶态稳定性就越差,容易变成晶体。这个结论让产业化道路变得困难重重。 汪浩团队还研究了激光熔覆技术来给金属表面涂覆一层非晶合金涂层。这种涂层可以保护石油钻探设备、核电阀门和航空发动机叶片这些容易磨损和腐蚀的部件。不过美国公司早早就占领了这个市场,国内还在实验室阶段。汪浩团队把激光熔覆(LMD)和非晶合金粉体结合起来,让激光在金属表面“原位生长”非晶态涂层。 研究过程中遇到了很多困难:比如涂层容易结晶、开裂或者成分不均匀。汪浩笑称做科研就像攀岩,遇到困难先休息一下再往上爬。经过几百次实验调整后,他们找到了合适的温度范围:当激光扫描速度在10-15毫米每秒之间时,非晶态涂层与金属基体结合强度超过350兆帕(MPa),并且厚度可控。 长期盯着电脑屏幕做模拟工作让汪浩得了腱鞘炎。右手绑石膏时他用左手敲键盘;理疗两个月后他又回到实验室工作。“老一辈科学家没有空调、没有电脑也能把‘两弹一星’送上天。” 他认为热爱是最好的止痛片。“只有热爱才是最好的老师”,这句话被他贴在办公室最显眼的位置上。 现在他和他的团队已经完成了从论文到专利、从实验室到产线、从样品到标准的“三级跳”。接下来十年他们想要解决三个问题:如何让纳米线批量走向市场?如何降低激光熔覆成本?如何把非晶合金涂层做成“即插即用”模块?答案可能藏在深圳大学那个灯火通明的实验室里,也藏在更多像汪浩一样夜以继日守望科学的人心中。当基础研究不再遥远,当颠覆性技术触手可及时,中国制造的下一站必定闪耀着金属玻璃的微光。