桐城人呂昭平：國際新材料研究前沿的「行走者」
呂昭平，1970年生，安徽桐城人，博士，長江學者，北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室主任，教授、博士生導師。國家傑出青年科學基金獲得者，建龍講座教授，國家傑出青年基金獲得者，中國材料研究學會金屬間化合物和非晶合金分會理事。
1996年赴新加坡國立大學攻讀材料學博士學位，2001年進入美國橡樹嶺國家實驗室做博士後，2004年成為該室正式研究員，進行塊體非晶合金和耐熱鋼方面的研究。2005年美國材料研究學會研究生論文大獎賽評委及美國橡樹嶺國家實驗室傑出科技青年獲獎者之一，2006-2007年美國橡樹嶺國家實驗室「SignificantEvent Award」獲獎者。
在《Science》、《PhysicalReview Letters》等學術刊物上發表論文50餘篇，獲批美國發明專利1項，在審美國發明專利2項。至今單篇論文最高他人引用為160餘次，做國際學術大會特邀報告7次，是12個學術雜誌和美國能源部的非晶合金材料基金審稿人。2004年有關非晶鋼的論文被美國物理學會評為當年世界上「Top Physics Stories」之一，關於非晶形成能力的論文被ISI機構確定為材料科學界2005年「FastMoving Frontier」論文，多項工作還被《Science》《MaterialsToday》《Nature》等學術雜誌做專題評述以及其他世界各國媒體所報道。
新材料研究前沿的「行走者」
——記新金屬材料國家重點實驗室教授呂昭平
文|李潔 吳淵 來源|北科校報
「1912年英國豪華客輪「泰坦尼克號」撞上冰山沉入海底，1998年德國高速列車相撞，2003年美國哥倫比亞太空梭墜毀，2007年美國明尼蘇達州大橋倒塌……，這些災難和事故後來經科學實驗證實都是源於材料性能的問題。材料不僅是社會發展的物質基礎，也是人民生命安全的保障。隨著科學技術的發展，人們對材料的需求也越來越複雜，單一的某一種材料，很難滿足我們的需求，現代社會已經進入了新材料時代……」北京科技大學呂昭平教授正在課堂上給學生深情講述著有關新材料的那些事兒……
求知勤學路
「城裡街衢曲巷，夜半誦聲不絕。鄉間竹林茅舍，清晨弦歌琅琅。」桐城，安徽省歷史文化名城，享有「文都」盛譽。課堂、鄰里和鄉間小路，到處都傳遞著「窮不丟書」的理念和共識。1970年呂昭平出生於此。這位普通的農家子弟在教育氛圍濃厚的桐城慢慢長大，「勤奮學習」深深地烙印在他的內心深處。
年少時的呂昭平聰明、勤奮、愛讀書，求學之路平坦而順利。1988年，18歲的他以優異成績考入華中理工大學（現華中科技大學）機械工程二系。四年後，1992年他憑藉紮實的專業基礎從全系70多人中脫穎而出，獲得保送本校研究生的兩個名額之一。1996年，在知名企業一線工作一段時間後，他決定「到國外去看看，了解最先進的技術」，於是奔赴新加坡國立大學材料科學系師從李毅教授攻讀博士學位。2001年，帶著對材料學科研究與技術應用的深入思考，他來到美國田納西州的橡樹嶺國家實驗室，師從國際著名材料學家、美國工程院院士、中國工程院外籍院士，被稱為國際「金屬間化合物之父」劉錦川教授，開始了自己的博士後研究。
美國橡樹嶺國家實驗室是一所隸屬於美國能源部的大型綜合性研究機構，作為國際著名的基礎和應用研究基地，多年來為美國的尖端武器研製提供材料支撐，承擔著極端服役環境下先進材料的研發工作。呂昭平進入這個實驗室猶如游魚得水，很快就在非晶合金和耐熱不鏽鋼等材料研究領域取得突破性的學術成果，多次獲得國際知名學術雜誌的專題評述和世界各國媒體的宣傳報道。連續發表高水平的研究論文不僅引起美國橡樹嶺國家實驗室同行的關注，也贏得了導師劉錦川教授的欣賞與信任。結束了博士後研究後，在導師的力薦下，呂昭平很快就受聘成為這個國際一流實驗室的一名正式研究員。
舒適優越的海外生活沒有泯退呂昭平的愛國之心，祖國科學發展的每一步都牽動著他的心。當接到北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室的加盟邀請時，他的心動了。思考了不到40秒，他給妻子打了個電話：「我想回國，好嗎？」妻子：「好啊，你到哪兒我和孩子們就跟你到哪兒。」他很快賣掉美國400平米的大房子和汽車，告別了醫療教育等優越條件，告別了悠美的自然環境，告別了釣魚、割草的悠然安逸生活，舉家回到思念已久的祖國。沒有任何豪言壯語，他只是開心地大聲說：「回到祖國，我的心都安定了！」
回國後的呂昭平，一頭扎進實驗室，帶領他的團隊投入到熱愛的新材料前沿科研工作中。
執著材料夢
成功來源於熱愛。懷揣一顆火熱的專註科學研究的心，追逐著新材料發展的夢想，呂昭平帶領團隊在新材料前沿的科學研究中越走越順暢。
在好萊塢科幻電影《終結者》中曾看到這樣神奇的一幕：由液態金屬製成的未來戰士被擊碎後，通過流動達到了自我修復。在現實生活，我們可以找到對應的材料，就是非晶合金。非晶合金又被稱為金屬玻璃，它是一種在過冷條件下快速凝固獲得的具有類似液體結構的合金，具有優異的強度、耐腐蝕和超塑性，是近年來國際材料領域的研究熱點之一。呂昭平從攻讀博士學位起就開始對非晶合金展開研究，憑藉先天的聰穎和後天持續不斷的努力，他很快走在了這一研究領域的國際前沿，2004年有關非晶鋼的論文就被美國物理學會評為當年世界上「Top Physics Stories」之一，關於非晶形成能力的論文被ISI機構確定為材料科學界2005年「FastMoving Frontier」論文。回國後的呂昭平帶領團隊繼續在非晶合金研究方向上鑽研攻關。針對非晶合金實際工程應用的關鍵瓶頸問題—室溫脆性和應變軟化，2010年，呂昭平帶領團隊在國際上率先引入「相變誘導塑性」這一概念，成功地製備出具有拉伸塑性和加工硬化能力的相變誘導塑性非晶複合材料，首次在行業內得到了在保持高強度的同時具有高拉伸塑性的非晶合金材料。這一研究成果在影響因子18.9的國際著名材料期刊《AdvancedMaterials》發表，被認為是塊體非晶合金強韌化上的一個重要突破，《Nature-Asia Materials》為此成果予以專題評述，認為這一研究成果「為其它合金體系中開發大韌塑性非晶合金材料提供了一種新的思路，並對非晶態合金材料的實際工程應用起到極大的促進作用。」另一著名學術期刊《Science》雜誌也對此研究進行了專門報道和評述，認為這「極大提升了非晶合金的潛在結構應用，並開闢了一個新的科學研究方向」。同年，呂昭平在《Physics Review Letters》發表了對納米尺度上非晶微觀結構的最新認識，揭示了非晶合金原子排列的球周期有序結合局域平移有序的普遍特徵，有效地實現了局域原子團簇和三維原子結構的整體結合，所建立的非晶合金球周期結構的普適結構模型，被認為是我國學者對非晶研究領域的一個重要貢獻。呂昭平團隊還將傳統凝固中的異質形核思想應用到大尺寸非晶複合材料的開發中，通過設計微合金化方案，調控奧氏體型晶相的形核與長大，成功地開發了厘米級的具有優異拉伸性能和加工硬化能力的相變韌塑化非晶複合材料。該成果得到同行審稿人的高度評價並推薦發表在《Advanced Materials》上，被認為是塊體非晶複合材料的又一個突破。
耐熱不鏽鋼是工業界廣泛使用的一類特殊鋼，對於緩解全球溫室效應影響下的氣候變化威脅、提高能源利用效率、保護自然環境具有重要意義。呂昭平團隊為了這一全球重大問題而努力尋求著材料領域的解決方案。由於傳統的耐熱不鏽鋼含有大量的鉻元素，鉻元素高溫下氧化會在材料表面形成緻密的氧化保護膜，但是這一層氧化膜在高溫和水蒸汽環境下會很快失效，早在美國橡樹嶺國家實驗室工作的時候，呂昭平就關注了這個問題，開始了新的耐熱機制研究。經過理論分析和反覆實驗，他和同事們發現通常作為鋼鐵冶煉中用於脫氧的鋁元素可以替代鉻發揮同樣的作用，形成的氧化膜層可以在高溫和水蒸汽環境穩定存在，根據這一發現，呂昭平和他的同事們研製出新一代高強度、抗蠕變、耐氧化、低成本的高溫奧氏體不鏽鋼。這一研究成果獲得美國專利授權並在《Science》雜誌上發表，國際著名材料評論刊物《Materials Today》以專題形式予以報道，引起了學術界的轟動。回國後，由於意識到這方面研究的重要性，雖然沒有得到專項經費支持，呂昭平千方百計籌措科研經費堅持耐熱鋼方面的研究，歷時多年，終於研發出750℃和水蒸氣服役條件下的新型耐熱鋼，綜合性能大幅超過在美國開發的同類材料。
在航空航天、新能源、先進裝備製造、高速列車和國防安全等國家重大關鍵技術領域，對於高端的超高強鋼有著重大需求。傳統的馬氏體時效鋼含有大量的鈷、鈦和鉬等貴重合金元素，且要經過複雜苛刻而嚴格的冶煉和熱處理工藝，價格昂貴。「如何進一步提高鋼鐵材料的極限強度並降低成本和簡化工藝？」呂昭平團隊一直在試圖解決這個難題。通過創新合金設計理念，大幅降低鉬等貴重元素含量，完全不含鈷鈦等昂貴合金元素，代之以鋁和碳等常見的「平民」元素，利用不同的強化機理，成功研發出一種高密度納米析出強化的超高強馬氏體時效鋼。這種新超高強鋼不但成本低，而且抗拉強度達到2200兆帕，同時塑性不低於8%，大幅度提高了高強鋼鐵材料的綜合性能。國際頂級期刊《Nature》於2017年4月發表了這一來自中國大陸材料學家們的突破性研究進展。業內專家評價認為，這一突破不但有力地推動該類材料的實際工程應用，其設計理念還有希望應用於其他合金體系，為新型超高強度材料的發展打開了新的研究思路。
呂昭平團隊還致力於高熵合金研究。他的團隊推動並引領了高熵合金領域研究前沿，在高熵合金基礎研究方面有著國際領先的優勢，提出了預測多主元高熵合金相形成的規律的判據；揭示了熵在高熵合金相穩定性中的作用；在理解高熵合金相穩定性和強化機理方面取得了突破，為設計新型高性能高熵合金提供了科學依據。基於在高熵合金領域的開創性工作，他的團隊2014年受《Progressin Materials Science》雜誌邀請撰寫高熵合金方面的綜述文章，該文目前已被SCI引用超過400次，成為該領域的最重要的文獻之一。近期，呂昭平團隊進一步將「相變誘導塑性」的概念應用與高熵合金，解決了一類高熵合金的脆性問題，研究成果已經被《Advanced Materials》接收發表。針對高熵合金關鍵的相穩定性問題，呂昭平團隊採用原位高壓同步輻射技術，發現高熵合金的多形性轉變，打破了人們對於高熵合金相穩定性的普遍認識。
春種一粒粟，秋收萬顆子。執著、專註於新材料研究的呂昭平及其團隊，在他回國十年之際，已經碩果累累。迄今，呂昭平團隊已經在國際學術期刊發表高水平論文100餘篇，被引用5000餘次，獲得授權發明專利30餘項。呂昭平本人受聘為教育部「長江學者獎勵計劃」特聘教授、獲得國家傑出青年科學基金資助，入選國家百千萬人才工程、「有突出貢獻中青年專家」及國家「萬人計劃」領軍人才等稱號。團隊獲得教育部創新團隊滾動支持，團隊成員獲得國家「優青」、「萬人計劃」青年拔尖人才、北京市科技新星等稱號。
陽光生活情
高爾基曾說過，生活的美妙就在於它的豐富多彩，要使生活變得有趣，就不斷地充實它。
呂昭平一直以自己的導師劉錦川教授為榜樣，認真做好一棵關愛小草的大樹、一塊具有吸引力的磁石、一位引導青年成功航行的舵手！
青年教師小吳老師談到，呂老師對於科研、對生活、對教育的那份熱愛讓我們感動。「師德先進」等稱號是大家對他的評價，他只是一心一意做我們的「良師益友」。他教會我們，好工作會自己說話，工作好同行評價才會高，才是真正的成功。「呂老師愛轉實驗室。」博士生小宋說到，「他總說，一手的實驗數據是最重要的，不論看起來是對的還是錯的，都要認真反覆推敲，尋求創新點和突破口。」
負責組織團隊活動的博士生小喻同學說，每周一次的組會雷打不動，不論呂老師多忙，會開到多晚，他都會仔細認真地傾聽我們每一個的近期工作、實驗、生活的彙報，與我們交流。他總會用幽默的語言，結合自己的親身經歷告訴我們人生的道理，鼓勵我們走好自己的人生之路。在團隊中，我們不斷成長，心理日趨成熟，改變以前「為找個好工作而學習」的想法，我們也要像呂老師一樣為國家做貢獻，不為名利，勇攀科研高峰。
小何同學，一位曾對未來生活規劃產生迷茫的小夥子，在他糾結於出國深造或直接工作的兩難選擇時，呂昭平不斷地與他談心，幫他分析，在那一年最冷的一個冬日，他們倆在學生宿舍樓下聊了很久。「呂老師幫我撥開心中的迷霧，我不再有任何心理壓力，我不要碌碌無為的一生，要對自己有個清晰的定位！」
博士一年級的小李同學說：「我們呂老師愛打籃球、還會烙餅！」曾是華科大籃球校隊的呂昭平每周都會和同事一起打籃球，他喜歡那種揮灑汗水在球場的感覺，喜歡那種運動強化體能的生機勃勃的感覺。他總說，自己就是一個「炒菜」的「大師傅」，在不斷的「烹飪」中找到新的材料。他經常為學生下廚，尤其擅長「烙餅」。因為在他看來，烙餅和研發新材料有異曲同工之妙，都是不斷添加、減少、調配各種成分，最終形成成品的有趣過程！
路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索。低調平實、醉心科研、關愛學生、熱愛生活，這就是一位學者的印象。在科學探索的過程中，呂昭平收穫了學術成果，也收穫了一份快樂和滿足，他說，「在人類歷史發展的長河中，新材料不斷地創造著人類的新生活。堅持不懈地行走在新材料研究的前沿，我很快樂！」
我與祖國不可分割
——記新金屬材料國家重點實驗室主任呂昭平
文|趙婀娜 張毅 袁婷 胡蝶
來源|人民日報
「70後」海歸，北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室主任呂昭平——
不說漂亮話，做好漂亮事
呂昭平，教育部長江學者特聘教授，北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室主任。1970年出生於安徽桐城一戶普通的農民家庭，本碩畢業於華中科技大學，1999年獲新加坡國立大學博士學位，2001年進入美國橡樹嶺國家實驗室工作，2007年舉家回國到北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室任職。長期從事新型耐熱不鏽鋼和塊狀非晶合金方面的研究工作。
在呂昭平看來，愛國從來不應是空洞的口號，而應是實際的行動。用他的話說就是：愛國，不是說漂亮話，是做漂亮事。
將一生的精力奉獻給材料學，對於呂昭平來說，是偶然卻也是必然。1995年從華中科技大學機械工程二系畢業後，呂昭平到了企業一線，他在工作中發現，中國在材料方面的研究與技術應用上與國際水平相距甚遠。「到國外去看看，了解最先進的技術」，帶著這個最樸素的念頭，他來到美國田納西州的橡樹嶺上，師從國際著名材料學家，被稱為國際「金屬間化合物之父」劉錦川教授，走到了國際材料研究領域的最前沿。
在美國橡樹嶺國家實驗室工作期間，這位來自中國大陸的青年科學家不斷在非晶合金和耐熱不鏽鋼等材料研究領域取得國際領先的學術成果，多次獲得國際知名學術雜誌的專題評述和世界各國媒體的報道。
「在國外時，每每取得一點成績，大家就會記住我來自中國。」呂昭平說，隨著國家實力的提升，越來越多中國學者的身影出現在國際學術舞台上，祖國強勁的發展勢頭所帶來的民族自信也令呂昭平深受鼓舞。於是他決定回國，「在祖國實現中國夢的歷程中一定要有自己參與的影子，而且，即便你已經繞了地球一圈，最終還是會發現，自己心中的家還是祖國。」呂昭平說。
回國後的呂昭平學術上突飛猛進，很快就將實驗室非晶合金和耐熱不鏽鋼材料的研究提高到國際前沿水平。與國外不同，他和他所帶領的研究團隊不僅要在自己的學術領域取得國際領先的成果，為服務國家經濟、保障國家安全攻堅克難，更要帶領北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室這一研究群體向國際知名研究機構的目標邁進。回國以來已在國際學術期刊發表高水平論文150餘篇，被引用6000餘次，獲得授權發明專利20餘項。
談及愛國，有3個人深刻影響了呂昭平：
一位是華中科技大學的李志遠教授，他成長在抗日戰爭和解放戰爭的動亂年代，是新中國成立後最早一批留蘇學者，對材料學有深入的研究。學成歸國後，擔任華中科技大學材料學院院長，專心投入到科學人才的教學培養工作上，為國家的專業人才建設嘔心瀝血。
另一位是呂昭平的博士後合作導師劉錦川教授，作為美國工程院院士，中國工程院外籍院士，台灣中央研究院院士，一直心繫祖國，不遺餘力地擴大中國在國際學術界的影響。「他經常跟我說，科學雖沒有國界，但科學家是有國界的，應該為祖國學知識和用知識。」
王輝是呂昭平課題組的一名成員，在與他交往過程中，呂昭平逐漸知道王輝的父母在上世紀60年代響應國家號召，大學畢業後支援新疆建設，也從王輝那裡認識了他的弟弟，一位最美援外醫生的事迹。他在埃博拉肆虐的西非疫區救死扶傷，讓中國和中國醫生成為非洲人民口口相傳的名字。
這些平凡人和他們的事迹都深深地感染著呂昭平，也觸動了他心裡最柔軟的地方，引起他的共鳴。呂昭平說，「這些人和事，都給我很大感觸，他們的共同點在於，從不將愛國掛在嘴上，而是實實在在地為祖國做事。那是一種深沉無言的愛，對祖國的愛。」
2017年中國科學十大進展發布 兩位桐城人入榜
光明網訊（記者趙清建）2月27日，由科學技術部基礎研究司、基礎研究管理中心主辦的「2017年度中國科學十大進展專家解讀會」在京舉辦。會上，科技部基礎研究管理中心主任劉敏公布了「2017年度中國科學十大進展」遴選結果。其中，「墨子號」衛星「實現星地千公里級量子糾纏和密鑰分發及隱形傳態」位列榜首。
「中國科學十大進展」遴選活動由科技部高技術研究發展中心舉辦，截至2018年已舉辦13屆。研究進展由《中國基礎科學》、《科技導報》、《中國科學院院刊》、《中國科學基金》和《科學通報》五家編輯部推薦，由兩院院士、973計劃顧問組和諮詢組專家、973計劃項目首席科學家、國家重點實驗室主任等專家學者經過初選和終選兩輪投票選出。該項活動旨在加強對我國重大基礎研究進展的宣傳，激勵廣大科技工作者的科學熱情和奉獻精神，促進公眾更加理解、關心和支持科學，在全社會營造良好的科學氛圍。該項活動已成為我國基礎研究傳播工作的一個品牌，在科技界產生了良好反響。
附「2017年度中國科學十大進展」（按得票多少排序）
1、實現星地千公里級量子糾纏和密鑰分發及隱形傳態
2、將病毒直接轉化為活疫苗及治療性藥物
3、首次探測到雙粲重子
4、實驗發現三重簡併費米子
5、實現氫氣的低溫製備和存儲
6、研發出基於共格納米析出強化的新一代超高強鋼
超高強鋼在航空航天、交通運輸、先進核能以及國防裝備等國民經濟重要領域發揮支撐作用，而且也是未來輕型化結構設計和安全防護的關鍵材料。
然而幾十年來高性能超高強鋼的研究始終基於傳統的半共格析出產生強共格畸變的學術思路，存在著析出相數量有限，析出尺寸不夠合理且分布不均勻的固有缺陷，這既降低了材料的塑韌性又嚴重影響服役安全性。此外，昂貴的製備成本也限制了其實際應用，成為困擾高端鋼鐵工業發展的難題。
北京科技大學呂昭平研究組與合作者針對低成本高性能的目標，創新性提出利用高密度共格納米析出相來強韌化超高強合金的設計思想，採用輕質且便宜的鋁元素替代馬氏體時效鋼中昂貴的鈷和鈦等元素，大幅降低成本的同時通過簡單的熱處理促進極高密度、全共格納米相析出，研發出共格納米析出強化的新一代超高強鋼。他們通過調控晶格錯配度使得析出相在產生極低共格畸變的同時又具有高的有序抗力，這極大增強了合金的強度但不犧牲其延展性能。所涉及的顛覆性合金設計思想也可應用於其它結構材料的研發。
相關研究進展發表在2017年4月27日在《自然》[ Nature, 544(7651):460—464]
《自然·材料》(Nature Materials)發表專門評述文章指出，該研究「以完美的超強馬氏體鋼設計思想，簡化的合金元素及析出相強化本質，為研發具有優異的強度、塑性和成本相結合的結構材料提供了新的途徑」。
7、利用量子相變確定性製備出多粒子糾纏態
8、中國發現新型古人類化石
9、酵母長染色體的精準定製合成
10、研製出可實現自由狀態腦成像的微型顯微成像系統
北京大學生物膜與膜生物工程國家重點實驗室程和平及陳良怡研究組與電子工程與計算機科學學院張雲峰和王愛民等合作，運用微集成、微光學、超快光纖激光和半導體光電子學等技術，在高時空分辨在體成像系統研製方面取得突破性技術革新，成功研製出2.2克微型化佩戴式雙光子熒光顯微鏡，在國際上首次記錄了懸尾、跳台、社交等自然行為條件下，小鼠大腦神經元和神經突觸活動的高速高分辨圖像。
此項突破性技術將開拓新的研究範式，在動物自然行為條件下，實現對神經突觸、神經元、神經網路、多腦區等多尺度、多層次動態信息處理的長時程觀察，這樣不僅可以「看得見」大腦學習、記憶、決策、思維的過程，還將為可視化研究自閉症、阿爾茨海默病、癲癇等腦疾病的神經機制發揮重要作用。
相關研究進展發表在2017年7月《自然·方法學》[NatureMethods, 14(7):713—719]
該成像系統被2014年諾貝爾生理學或醫學獎得主Edvard I. Moser稱之為研究大腦的空間定位神經系統的革命性新工具。
