3院士坐鎮，一年2篇Science，這所百年高校材料有多強？

十九世紀末，甲午戰敗，民族危難。中國近代著名實業家、教育家盛宣懷秉持“自強首在儲才，儲才必先興學”的信念，于1896年在上海創辦了南洋公學，建校伊始，學校即確立“求實學，務實業”的宗旨，以培養“第一等人才”為教育目標，精勤進取，篤行不倦，在二十世紀二三十年代已成為國內著名的高等學府，被譽為“東方麻省理工”。它就是有著“清北復交”美譽之一的上海交通大學。截止目前，學校共有30個學院/直屬系，31個研究院，13家附屬醫院，2個附屬醫學研究所，12個直屬單位，6個直屬企業。中國科學院院士22名、中國工程院院士22名（包括1名兩院院士），“長江學者”特聘教授和講座教授共144名，國家杰出青年基金獲得者144名。僅在即將過去的2019年度，上海交大以第一和主要完成單位在Nature和Science上發表了7篇文章，分別是：葉芳偉課題組發現并揭示莫爾晶格中波的演化規律（Nature）、Michael L. Bender揭示了淺層藍冰鉆探對重建古代大氣成分的重要性（Nature）、黃晶課題組首次揭示了染色質的核小體結構對組蛋白修飾酶MLL（Mixed Lineage Leukemia）復合物的酶活調控及其分子機制（Nature）、韓禮元教授團隊構建穩定異質結結構提高鈣鈦礦太陽電池的穩定性（Science）、趙一新團隊的無機鈣鈦礦太陽能電池最新研究成果（Science）、耿涌教授發文提出循環經濟全球解決方案（Nature）、袁璐琦與斯坦福大學合作: 在單個光學腔中搭建兩個獨立的合成維度（Science）。

上海交通大學是中國最早建立材料科學與工程學科的高校之一，材料科學與工程學院自1997年由材料科學系和材料工程系合并而成，所屬的金屬熱處理專業在1952年就已設立。學院擁有一級學科“材料科學與工程”，是國內首批國家重點一級學科，連續多年入圍ESI世界前1‰學科，并國內首批設立碩士點、博士點和博士后流動站。師資力量有中國科學院院士1人，中國工程院院士4人，還有國家“973”計劃首席科學家4名、長江特聘學者6名、長江講座教授1名、國家杰出青年基金獲得者5名、教育部新世紀（跨世紀）人才15名。近年來材料學院形成了以金屬基復合材料國家重點實驗室為首的十余個國家級（省部級）重點（工程）實驗室，下設包括復合材料、特種材料、焊接技術等的多方面材料領域研究所。學院特別注重多學科發展，成立材料基因組聯合研究中心，氫科學中心等學科交叉機構，另外還與多個地區合作建立校地平臺促進成果轉化。

材料學科發文情況

經web of science庫檢索，近十年間上海交通大學材料學科以第一完成單位或合作單位發表SCI論文達12000余篇，隨著人才引進投入的加大，論文數量和質量都在逐年增長，近兩年更是突破1000篇大關，有上千篇論文發表在了額Acta Materialia、Carbon、Nanotechnology等領域內頂級期刊上。

圖1 材料學科近十年發文情況

圖2 材料學科發文頂刊情況

學院在科研工作中不斷取得新的突破。發表論文數全球排名第10名，論文被引次數全球排名第27名。學院累計申請發明專利797項，其中授權454項，共獲得國家級二等獎4項，國家國際合作將1項，省部級科技獎25項。材料學科連續多年入圍ESI世界前千分之一學科。學院學術研究成果在《Nature》、《Science》、《材料科學進展》等世界著名期刊上發表論文多篇，多項關鍵技術成果成功應用于航空、航天、船舶海洋及核電等重大工程裝備，解決了國家重要領域的關鍵性問題，滿足了國家重大工程需求，起到了不可替代的作用。

材料學科院士風采?

潘健生,2001年12月當選為中國工程院院士。主要成果：將傳熱學、數值分析、彈塑性力學、流體力學、等與材料學知識加以集成，建立反映熱處理過程各種復雜現象的數學模型，在國內外率先實現復雜形狀零件熱處理工藝的計算機模擬，解決實際生產中的難題，推動熱處理從經驗型向基于科學計算的精密型技術的方向跨越。

丁文江, 2013年12月當選為中國工程院院士。長期從事先進鎂合金材料及加工方面研究，作為第一獲獎人，獲國家科技進步二等獎、國家技術發明二等獎、國防工業科技進步二等獎、上海市技術發明一等獎、上海市科技進步二等獎、中國汽車工業科技進步二等獎各1項。在SCI源期刊上發表論文308篇，獲得授權發明專利114項，其中兩項獲中國專利優秀獎。

趙連城, 2003年當選為中國工程院院士。主要從事半導體異質結、量子阱和超晶格、多波段等光電薄膜材料和各種發光材料、光電轉換材料、光導纖維和器件、信息存儲材料、綠色熒光蛋白和分子熒光探針等研究，以及它們的能帶結構分析與性能評價及工程技術應用。

國際期刊：

Nano-Micro Letters由上海交通大學和Springer合作創辦，目前的影響因子已經突破9.0，成為領域內國內創辦首屈一指的國際期刊。

《國際熱處理與表面工程 (IHTSE) 》雜志由國際熱處理與表面工程聯合會IFHTS、英國材料，礦物與礦業學會IOM3、上海交通大學SJTU以及中國熱處理學會CHTS四方專業機構在2007年共同創辦。作為國際熱處理和表面工程聯合會IFHTSE的唯一官方刊物，《國際熱處理與表面工程》為材料熱處理和表面工程學術界和工業界之間建立了共同平臺，雜志范圍覆蓋材料科學與工程、分析、測試和加工以及業界有關問題。這本全英文雜志由一流材料領域期刊出版社著稱的Maney出版社以高質量紙質和電子刊物在英國定期出版，已被EI、SCOPUS、CA、MA等重要數據庫收錄。?

材料學科近期研究進展

Science：韓禮元教授團隊構建穩定異質結結構提高鈣鈦礦太陽電池的穩定性

為解決鈣鈦礦穩定性問題，韓禮元教授團隊設計制備了具有穩固結構的鈣鈦礦異質結結構。該結構主要包含一層表面富鉛鈣鈦礦半導體薄膜，并在薄膜表面沉積氯化氧化石墨烯薄膜，通過形成氯-鉛鍵、氧-鉛鍵將兩層薄膜結合在一起。光學、電學等表征實驗結果表明，該異質結結構穩定，可以有效減少鈣鈦礦半導體薄膜的分解和缺陷的產生，同時也減少了逃逸離子對電荷傳輸層功能性的破壞。具有該異質結結構的鈣鈦礦太陽能電池，在一個標準太陽光光強和60 ℃條件下連續工作1000小時的后，仍然保有初始效率的90%，而且電池的穩態輸出效率通過了國際公認電池評測機構-日本產業技術綜合研究所（AIST）光伏技術研究中心的認證。

文章信息：

Stabilizing heterostructures of soft perovskite semiconductors（Science,2019,DOI:?10.1126/science.aax8018）

Science：趙一新團隊的無機鈣鈦礦太陽能電池最新研究成果

趙一新團隊和洛桑聯邦理工學院Gr?tzel團隊、沖繩理工大學戚亞冰團隊提出了裂紋界面工程方法。不同于之前僅能對鈣鈦礦上表面進行鈍化修飾的常規界面工程，裂紋填充界面工程在對β-CsPbI₃上表面進行處理的同時，還可利用初始β-CsPbI₃薄膜中存在的孔洞、缺陷等進行填充，通過這些微通道使碘化膽堿均勻分布于β-CsPbI₃上下表層和內部，可以實現鈣鈦礦全方位的修飾改性。這些全方位分布的碘化膽堿不但全面鈍化了β-CsPbI₃層缺陷，而且優化了β-CsPbI₃與電荷傳輸層之間的能級匹配，從而大幅度改善了器件的光伏性能。最終，基于缺陷修復和能級優化后的β-CsPbI₃全無機鈣鈦礦電池獲得了>18%光電轉換效率，經中國計量院第三方認證的最高效率18.3%，是當前無機鈣鈦礦太陽能電池的最高值。

文章信息：

Thermodynamically stabilized β-CsPbI3–based perovskite solar cells with efficiencies >18%（Science,2019,DOI:?10.1126/science.aav8680）

Acta Materialia:董杰教授團隊在鎂合金孿生與第二相交互作用機制方面取得重要研究進展

密排六方晶體結構鎂合金包含基面、柱面、錐面滑移和拉伸、壓縮、二次孿生和去孿等多種變形模式，這些變形模式與晶界、第二相等之間的交互作用復雜，因此，在介觀尺度上研究清楚這些交互作用機制對于提升和調控鎂合金的強韌性能具有重要意義。本文利用自行開發的鎂合金多晶體塑性-相場耦合全場模型，系統地可視化地仿真研究了鎂合金中拉伸孿晶與第二相之間的交互作用機制，定量預測了非剪切第二相的取向、尺寸、體積分數以及形貌 (縱橫比) 等對孿晶長大臨界剪切應力的影響規律。在介觀尺度上建立了變形模式、微觀組織和宏觀性能之間的關聯。發現孿晶與第二相的交互作用會引起局部位錯滑移塑性行為，同時激發基面、柱面以及錐面位錯，但基面滑移塑性區遠大于非基面塑性區。孿晶與第二相的交互作用引起的不均勻應力場以及基體內大量激活的位錯會增加后續孿生長大的臨界剪切應力。高體積分數、小尺寸、高縱橫比、非剪切片狀等第二相對阻礙孿晶的長大最為有效，并可有效降低拉伸孿晶和非基面位錯之間臨界剪切應力的比值，從而可提高鎂合金的強度并改善塑性的各向異性。

文章信息：

On the interaction of precipitates and tensile twins in magnesium alloys（Acta Materialia,2019,DOI:?10.1016/j.actamat.2019.07.046）

Biomaterials:袁廣銀教授團隊在可降解鎂合金血管支架設計方法研究領域取得重要進展

可降解鎂合金支架具有良好的臨床應用前景，通過材料性能、載藥涂層和結構設計的綜合優化設計，可以達到優于生物可吸收聚乳酸支架的效果，甚至進一步取代現有藥物洗脫支架。該研究提出了一種基于有限元方法的形狀優化設計策略，并將其應用于課題組自行研發的材料本身具有均勻降解特性的Mg-Nd-Zn-Zr（JDBM）合金制備的血管支架上，在體外各項力學性能測試和體內降解過程觀察中都取得了符合預期的實驗結果。該研究通過微區XRD分析和有限元數值仿真證實了壓握過程會在支架中引入大塑性變形，創造性地將壓握變形過程納入到鎂合金血管支架形狀優化中。通過引入凸起平臺結構配合形狀優化，實現了支架壓握狀態下平行、緊湊的支撐桿排布，進而實現了鎂合金支架的各項生物力學性能的最佳匹配。在隨后的動物實驗中，經過形狀優化的JDBM支架被植入新西蘭大白兔髂動脈，文章根據相關實驗結果對其在體內的生物安全性、對血管壁支撐能力的有效性以及在動物體內的降解行為進行了系統的分析和討論。

文章信息：

In vivo and in vitro evaluation of a biodegradable magnesium vascular stent designed by shape optimization strategy（Biomaterials,2019,DOI:?10.1016/j.biomaterials.2019.119414）

Joule：韓禮元教授團隊在大面積鈣鈦礦太陽能電池模塊領域再獲新突破

高效率鈣鈦礦太陽能電池模塊因具有不同于小面積電池的特有器件結構，存在更為復雜的光電性能衰減過程，穩定性低于小面積電池。如何實現大面積高效且穩定的鈣鈦礦太陽能電池模塊，成為阻礙該類新型光伏技術產業化的重要瓶頸問題。高效鈣鈦礦太陽能電池模塊中，存在結構復雜的電池連接區，并利用該結構將子電池串聯在一起。在傳統方法所制備的模塊結構中，連接區鈣鈦礦薄膜會接觸到金屬電極和空氣而發生材料腐蝕和分解問題，且同時存在電子和空穴傳輸層接觸導致電荷復合損失的問題。韓禮元教授團隊重新設計了模塊連接區結構，構建了由可低溫制備的低維材料來形成的擴散阻隔層。該結構可有效抑制材料的腐蝕和分解，以及抑制界面電荷復合，最終實現了高效穩定的鈣鈦礦太陽能電池模塊。通過國際公認光伏認證機構測試，在面積36cm2的模塊器件上獲得14.2%的認證效率。該模塊在85℃加熱1000小時后，仍然保持著95% 以上的初始光電轉換效率，且在一個標準太陽光（AM 1.5G，100mw/cm2）光照1000小時后仍保持初始效率的91%。

文章信息：

Efficient Perovskite Solar Cell Modules with High Stability Enabled by Iodide Diffusion Barriers（Joule,2019,DOI:?10.1016/j.joule.2019.07.030）

Nano Energy:超柔性納米發電復合材料領域取得的重要進展

壓電陶瓷及單晶具有超高的壓電效應，但由于其本身的剛性和脆性所以并不能滿足柔性和可穿戴電子設備的設計要求。雖然有很多研究將壓電陶瓷粉體和聚合物進行混合可以獲得超柔性，但是非連續相的壓電結構設計導致低的能量收集效率。通過沉積壓電薄膜再轉移到柔性基底上雖然能夠保持很好的能量收集和保持一定的柔性，但是其工藝復雜、成本高不利于商業化大規模生產。因此設計和開發出一種超柔性且能高效地進行能量收集并可實現大規模生產的壓電納米發電材料顯得尤為重要和具有挑戰性。研究提出利用具有層次結構的電子級玻璃纖維布材料體系為基底，通過浸漬的方法在其上沉積具有層次結構的納米壓電發電材料。在所制備的壓電纖維布復合材料中，每根纖維表面都包裹了一層納米級厚度的PZT材料，每根纖維之間的PZT之間互相連接，形成了一種類似于玻璃纖維布的多層次結構。電子級玻璃纖維布本身所具有的宏觀超柔性和微觀剛性給予了這種壓電纖維布具有高效的能量傳遞、轉換以及超柔性。而且這種壓電纖維布可以實現插指電極掩膜設計和上下柔性電極貼合封裝設計。比如，一塊3.5cm×1.5cm大小的納米壓電纖維布利用插指電極在標準測試下能夠產生～60 V和～500 nA的輸出。一個8cm×8cm大小的納米壓電纖維布利用超柔性的導電聚乙烯碳膜作為上下電極在模擬人體運動的情況下能夠輕易點亮20個商用綠色LED燈。

文章信息：

Piezoelectric thin film on glass fiber fabric with structural hierarchy: An approach to high-performance, superflexible,cost-effective, and large-scale nanogenerators（Nano Energy,2019,DOI:?10.1016/j.nanoen.2019.03.025）

飲水思源，愛國榮校！上海交大師生正以校訓為信念向著世界一流大學邁進，材料學科也以穩健的步伐逐漸趕超在學術業界有了不可取代的強勢地位。相信上海交通大學會繼續發揚其120余年的扎實、肯干、創新的精神，無愧于“東方麻省理工”的稱號！

本文由Abida供稿。

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