卢柯院士：材料研发并非简单试错，要靠“双链”驱动 | 浦江创新论坛

在9月21日举行的2025浦江创新论坛主论坛上，辽宁材料实验室主任、中国科学院院士卢柯带来题为“‘双链’推动金属材料研发”的演讲。卢柯表示，材料研究是交叉学科，纳米金属研发应该是科学发现与技术发明“双链”并行、相互促进的过程。技术突破为科学发现创造可能，科学发现又能助力技术优化。

卢柯介绍，金属作为人类使用千年的古老材料，凭借其出色的韧性与强度，能有效阻碍断裂纹扩展，仍是目前人造材料与自然材料中“最可靠的材料”。尽管陶瓷强度更高、塑料成本更低，但金属在导电性、导热性、可加工性及回收利用性等方面的优势，使其在能源、信息等众多产业领域仍具有不可替代性。

金属材料的性能关键取决于晶粒与晶界网络——晶粒越多、晶界网络越密，材料强度越高，但晶界网络存在不稳定性，如受力、加热后易变化，已成为制约金属强度提升的核心难题。

卢柯表示，自上世纪80年代纳米金属概念提出后，经过20多年的研究，部分纳米材料的强度显著提升，如纳米尺度的铝强度已能超过普通钢材料。但同时，纳米材料也暴露出两大致命弱点：一是塑性差、易变脆；二是稳定性低，室温下性能易退化、加热后性能易消失。

为解决这两个关键问题，本世纪初起，全球研究人员多选择“传统合金化”路线，通过添加合金元素稳定晶粒结构。而卢柯团队另辟蹊径，不改变材料化学成分，转而研发全新工艺实现结构优化。卢柯表示：“经过20多年的探索，合金化的路线基本已走到尽头。”2000年至今，卢柯团队通过持续攻关，先后研究出“纳米孪晶结构”“梯度纳米结构”“纳米层片结构”等几种新型纳米结构。

当团队将晶粒尺寸从100纳米降至50纳米以下时，发现金属在特定尺寸下稳定性会出现“不降反增”的自发弛豫效应，显著改善了纳米金属的稳定性问题。为了探索更多新结构，团队进一步研发“低温方向扭转”技术，将晶粒尺寸降至10纳米以下，此时纯金属铜多晶体会形成一种新型亚稳结构，表现出极高的热稳定性和力学稳定性。

卢柯强调，材料研究并非“简单试错或单纯科学探索”，而是“科学研究与技术研发的双链并行推进”，工艺研发更是材料技术走向产业化的必由之路。目前，实验室的多项技术已成功落地工业应用，解决了实际生产痛点。

在轧辊领域，工业轧辊传统依赖镀铬工艺，存在重污染、高成本、寿命短等问题。实验室利用梯度纳米材料的高耐磨性，将其应用于西南铝业的铝板轧辊。目前，该轧辊使用寿命已提升至280多天，部分轧辊可实现“一年不用换”，大幅提高生产效率。

卢柯表示，“科学发现引领技术进步”的传统创新模式已不完全适用于当前材料研究，科学探索与技术研发的“双链”驱动才是核心路径。

卢柯还透露，实验室本月刚利用自主研发的非晶晶化技术，成功制备出赋能界面强化的新材料，相关成果将很快发布，有望为材料领域带来新的突破。