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不忘初心 師德貫煥丨楊振國教授專訪——踐行五維育德 心系國家社會 做開拓進取的新工科人

clsrich2021-03-25 11:35:59復合面料資訊35來源:復合面料網

人物簡介

楊振國教授

復旦大學博士生導師、二級教授。

現任中國科協全國金相與顯微分析學科科學傳播專家團隊首席專家,中國機械工程學會失效分析分會失效分析專家,上海市安全生產核心專家,中國機械工程學會失效分析分會副理事長,中國電子電路協會全印制電子分會副會長,中國機械工程學會、中國體視學學會、中國表面工程協會理事等。

主要從事失效分析、復合材料、印制電子等研究。

曾獲省部級科技進步獎、技術發明獎11項,上海市教學成果獎1項,授權國家發明專利20余項,發表國際期刊SCI論文100余篇; 主講的《材料科學導論》、《材料失效分析》兩門課程獲評為上海市精品課程,培養和指導研究生80余人;在核電、火電、風電、石化、化工、冶金、汽車、電子電路、市政管網等行業承擔完成重大工程失效分析課題100多項,連續6屆應邀在每2年舉行一次的“全國失效分析學術會議”作大會報告。

訪談凝要

采訪實錄

Q請問您的研究方向是什么?這些研究在生活中有哪些方面的應用?

我們課題組有三個研究方向:失效分析、復合材料、印制電子。這三個研究方向都是為順應國家經濟建設和重大工程需求而設立的,但主要研究方向還是面向工程的失效分析,目前已承擔完成核電、火電、風電、石化、化工、冶金、汽車、電子電路和市政管網等九個行業委托的重大工程失效分析項目100多項。借助復旦大學的綜合性學科平臺,我們分析解決了一系列重大工程的失效問題。復合材料和印制電子是我們基于材料失效機理而提出的預防措施所開展的專用材料的制備。其中,開發的耐磨耐蝕三元復合管系列產品在火電、石化、化工、冶金、核電等五個行業獲得了批量應用,印制電子標簽產品在物流、展會等行業得到了小批量應用。

除開展失效分析外,我們還致力于失效分析的學科建設和發展,可以用“一二三四五六七八九十”來概括已有的工作。

“一”是給出了材料失效的新定義。失效是指產品因外觀形態或微觀結構發生變化而不能達到設計規定的功能。這個新定義適用于所有工程材料的失效描述,包括結構材料和功能材料。

“二”是發現了兩種新的失效模式。雖然斷裂、腐蝕和磨損是國內外公認的三種失效模式,但是否適用于功能材料未能得到驗證。通過分析和比較,發現并命名了兩種新的失效模式,這就是畸變失效模式和衰減失效模式。

“三”是提出了“3P”安全保障新理念。這是為確保構件在全壽命使用周期內的安全性而提出的新概念。3P的英文全稱是Prevention、Protection、Prediction,即預防、防護和預測,這是把傳統的設計安全模式轉變為現代的安全設計模式。

“四”是基于材料的損傷行為,提出了不同尺度下的損傷特征的描述法,即劣化、退化、脆化、老化。

“五”是把構件分為五種類型,即零件、部件、組件、元件、器件。通過合理分類和界定,從而把結構材料和功能材料統合為一體。

“六”是提出產品的六品分類法,也就是制品、成品、半成品、物品、次品和廢品。

“七”是依據材料失效分析的教學經驗和實踐,凝煉出七性案例教學法,這就是知識性、思想性、趣味性、邏輯性、前瞻性、實用性和互動性。

“八”是評判失效分析的有效性可以歸結為八字訣:快速、正確、簡單、有效,也就是開展的失效分析必須是既快速又正確,而提出的預防措施必須是既簡單又有效。

“九”是承擔完成了九個行業委托的各種類型的重大工程失效分析項目,主要涉及核電、火電、風電、石化、化工、冶金、汽車、電子電路、市政管網等行業。

“十”是構建了工程構件失效原因的魚骨圖綜合分析法,考慮十大因素引起構件的失效,這就是設計、材料、制造、安裝、檢驗、運行、維護、環境、貯存、運輸。

Q在您求學的過程中,遇見了哪些對您產生深刻影響的老師?他們對于您之后的學習/工作有什么影響?

影響最大的當然是我的博士生導師琚定一先生。他們那一代人做事非常認真和踏實,尤其在待人接物方面對我起到了很好的榜樣作用。琚先生是四十年代從美國歸來的留學生,他一直倡導高校的首要任務是教書育人,這個理念對我影響很大。他認為在高校工作不僅要做科研,更要承擔教學,必須花精力教好書。他要求我做科研不僅會寫文章,還要理論與實踐相結合,解決工程實際問題,為社會和工業服務,我現在開展的許多面向工程的失效分析工作真的是來自于琚先生的教誨和鞭策。

另一位讓我印象深刻的是德國的Prof. Kh.G. Schmitt-Thomas。我在慕尼黑技術大學以客座教授身份曾協助他指導了二名德國博士生:Dr. R. Malke和Dr. T.Hiermer,合著發表了3篇失效分析的SCI論文。Prof. Schmitt-Thomas是國際知名的失效分析專家,出版學術專著3本,但他每年為本科生授課并且創辦公司,經常去現場幫助企業分析構件的失效問題。他多次告訴我失效分析工作責任重大,任何重要的失效分析項目必須自己親自到現場調查和取樣。我有時到他開辦的公司去分析樣品,看到他親自在掃描電鏡室里觀察樣品,其一絲不茍的認真態度讓我銘記在心。榜樣的力量是無窮的,受了他的影響,我回國后承擔的100多項重大工程失效分析項目,每一項都是親臨現場取樣、每一個失效件都是親自觀察和分析,所得結論都被企業所采納,為企業恢復安全生產盡到了應有的責任。

還有一位對我影響頗大的是來自于企業界的中國電子電路行業協會原總工程師姚守任教授級高工。姚老雖然年逾古稀,但堅持查閱國內外文獻并做簡報,多次參加該行業協會會議聆聽他的發言時總是受益良多。有一次我去北京專程到他家登門拜訪,他拿出多本自己做的科技簡報小冊子,向我介紹行業發展動態如數家珍,讓人耳目一新。姚老對行業動態的精準把握、熱情關注行業的可持續發展、為企業的發展獻計獻策,以及他對事業的追求和工作認真負責,讓我肅然起敬,我課題組印制電子方向的產生其實也與他有關。記得2006年夏季,中國電子電路行業協會原秘書長王龍基先生、秘書長張瑾女士、姚老、林金堵教授級高工等來到復旦大學就產學研合作進行調研和洽談,交談中姚老提到了近年國外剛興起的一種稱為Printed Electronics技術,講到是否可推廣應用于印制電路板。我們當時正好在開展高端印制電路板的失效分析,便認真查閱了國外文獻,發現這是一種采用加成法工藝制備電子電路的新技術,現稱之為增材工藝或更通用的叫法是3D打印工藝。于是,2008年6月17日我受《中國電子報》之邀,在該報發表了一篇題為“一種面向印制電路板的全印制電子技術”的文章,率先向國內同行介紹了國外正在興起的加成法新技術。后于2011年3月11日在《中國電子報》又發表了“ 產學研合作對推動我國全印制電子產業發展的意義”的文章,著重講述產學研合作的重要性及其工程價值,以及我課題組與企業合作采用加成法工藝研發成功的新型印制電子標簽產品,2011年3月舉行的中國電子電路行業協會春季論壇的所有代表證、注冊證、通行證全部采用了我們開發的印制電子標簽進行人員識別和確認。這里要感謝一下姚老當時給予我的啟發。

因此,琚先生、Schmitt-Thomas教授、姚守任先生他們對我日后的教學科研以及新方向開拓都給予了很大的啟發和指引,在潛移默化中對我產生了積極影響和指導作用,我非常地感激并感恩他們。

Q請問是什么讓您進入材料失效分析的研究領域呢?是什么原因讓您對復合材料、印制電子的研究產生了興趣?

我是1988年博士畢業的。當時中國最大的石油化工企業——上海金山石化總廠在石油煉制、聚乙烯等生產裝置中,一些工藝管道和長距離輸送管道在例行檢測中發現存在許多超標焊接缺陷。按原中國石油化工總公司當時制定的“兩規一制”質量管理要求,即壓力容器設計規范、壓力容器設計規定和壓力容器管理制度,這些含超標缺陷管道都必須更換,而企業根本無法完成。因而,在役含缺陷管道的安全管理是用質量控制標準處理還是用“合乎使用”(Fitness for Purpose)處理,那時眾說紛紜,認知不一。若按照傳統的質量控制標準處理,含缺陷管道必須全部修復或更換,費用巨大,并需二次焊接。而沿海地區由于潮濕且高鹽份環境,焊接過程極易產生新的缺陷,如何開展在役含缺陷管道的安全評定成為當時亟待解決的工程難題。

當時國內很少有人開展在役管道焊接缺陷安全評定的研究,我1988年博士畢業后就直接承接了這項艱巨的任務,綜合性地運用美國石油學會API1104-1983標準,以合乎使用為原則,率先在國內對幾十公里長的輸送管道焊接缺陷開展了安全評定,最后得出除極少量管道需修復外大多數管道無需修復和更換的結論,研究結果被上海金山石化總廠全部采納,避免了大量管道的返修或更換,節省了極大的維護費。并且在研究中發現,管道最易泄漏的部位是彎管、三通管、變徑管和管配件連接處(比如泵、閥等)。我以前學的是化工機械,側重于設備的設計、選材、制造、安裝、檢驗和分析等,而從這個實際課題開展中體驗到材料知識和材料研究對保障管道的安全是多么的重要,于是從機械轉向了材料,研究管道表面涂層的制備及其防護工藝,使管道內介質流向發生改變或腐蝕和沖刷共存的地方也不會發生過早的泄漏失效。因而,就有了研制成功并批量應用的耐磨耐蝕三元復合管系列產品,這是針對材料失效機理提出的預防技術而開發的新型復合材料。

如果說三元復合管道是結構復合材料的話,那么印制電子則是功能復合材料。前面提到過,自2006年起我課題組就在為企業幫助開展印制電路板和微電子器件封裝的失效分析,當時體驗到所有的印制電路板及其微電子器件都是采用蝕刻法工藝、也就是行業稱之為減成法工藝制備的。這種常規工藝雖然成熟,但存在生產工序多、材料消耗大、廢液排放高、環保壓力重等缺點。是否可以采用加成法工藝即現在稱之為增材工藝或3D打印工藝來制備呢? 我課題組進行了探索和研究,于是便形成了印制電子方向。其實,復合材料、印制電子這兩個研究方向都是基于材料失效機理而提出的預防技術所逐步形成的,是從工程實踐中凝練出來的。因此,產學研合作對于研究興趣、學科開拓和成果推廣都是相當重要,是一種很接地氣的現代合作模式。

Q您所教授的課程中,獲評上海市精品課程、上海市重點課程,請問您在教學培養過程中,對自己、對學生有何要求?

我一直認為教書育人是教師的本份工作,也是為國家培養人才應有的職責。教學只有一分耕耘、一分付出,才會有一份收獲。然而,如何將自己的經驗體會和見識認知在教學中傳遞并分享給學生,讓學生受到啟發、少走彎路并激發學習興趣,是老師需要認真思考和解決的問題,也是教學方式的必要探索。

我堅持每年為學生講授三門課程,在教學經驗總結基礎上,形成并提出了七性案例教學法,這就是前面提到的知識性、思想性、趣味性、邏輯性、前瞻性、實用性和互動性。其中,知識性是按照教學大綱要求完成規定的科學知識點的講授,培養學生的學習能力;思想性是針對書本上的一些基本概念,從不同視角進行詮釋和質疑,促進學生的批判質疑能力的提高;趣味性是對相關的基礎理論知識,采用通俗語言解釋深奧的專業術語,陶冶學生的幽默能力;邏輯性是內容闡述必須層次分明,清晰論述概念與理論之間的內在關系,訓練學生的科學思維能力;前瞻性是針對課程內容的學科特點,及時介紹研究動態和發展趨勢,激發學生的創新能力和探究能力;實用性是采用精心遴選的工程案例,介紹理論應用于工程的成功實例,增強學生的實踐能力和動手能力;互動性是強化課堂的提問,活躍教學氣氛,提高學生的參與度,鍛煉學生的表達能力和思辨能力。因此,七性案例教學法的靈活應用,可以促進教學質量的提高,培養和提升學生的綜合能力,從而基本克服了常規教學中普遍存在的授課方式單調、理論實踐脫節、質疑能力不夠、綜合教育欠佳等問題,督促學生主動學習,具有社會責任感,學會獨立思考和探究,從而有效培養和提高學生的綜合能力與綜合素養。因此,我看重教學工作,努力把課程講好,讓學生受益,獲得啟發,更好地健康成長和發展。

另外,我們常說“教學相長”。最近,我在中國機械工程學會理化檢驗學會的高級培訓班作專題講座時,有學者問起我的有關失效分析新詮釋的那些想法是怎么產生的。我的回答,是復旦學生善于提問,所以我必須對一些基本概念進行認真的推敲和凝練,從而產生了一些新概念,并不斷完善和發展它們。教學和科研是相輔相成的,既可以以研促教,反過來也可以以教助研, 兩者是不能偏廢的,應該并重。

當然,就學生而言,必須善于學習、勤于思考、博覽叢書,不能僅僅是一本教材,應盡可能多地閱讀一些國外參考教材。更重要的要有批判質疑精神,探索求真,這樣才會有創新力和新視角,綜合能力才會得到有效的提升。

Q無論是在學術研究還是工程應用,您的課題組都表現的十分優異。您的課題組是如何踐行“新工科”理念的呢?

“新工科”這個新名詞實際上是為了順應當今的新經濟、新行業的出現而提出的。新經濟是指互聯網經濟,新行業是指人工智能、智能制造、功能電子器件、增材技術等。很明顯,新工科就是綜合性的交叉學科。從材料的角度來看,新工科與材料研發密切相關,因為新經濟和新行業的產生,還有產業的升級都離不開新材料的開發與應用。從信息社會到智能社會,諸如智慧城市、物聯網、5G移動通信技術等的崛起其實都是依托于材料的進步才能建立和發展起來。

具體來講,新工科的發展主要涉及功能電子材料和器件的研發與應用,同時也涉及功能電子材料在新產業應用時的安全性和可靠性。因此,在新工科的背景下,我們課題組一方面將著重開展非金屬材料、復合材料、功能電子材料等的失效分析,另一方面在原有印制電子研究基礎上,研發一些新穎的加成法制備工藝。比如,使用改進的模板技術或光刻技術制備功能電子器件,用加成法工藝制備更精細的導電線路,滿足智能制造中的器件需求。同時,制備可彎折的柔性導電線路和可拉伸的導電彈性體材料,針對高端醫療器械和智能電子器件進行新材料的研發。

Q課題組內有哪些令您印象深刻的人或事?這些人有哪些特質,他們現在的發展方向是什么?

我們課題組的研究特點是交叉性、綜合性,人員組成也是這樣。在課題組中,我奉行的理念是“以人為本、興趣為重”,每個學生的課題基本上是基于其興趣愛好和人生規劃而制定的。課題組里大家各自目標明確,探索自由,互幫互助,科研氛圍比較和諧和融洽。

在這樣的科研環境下,課題組里涌現了不少令人滿意的人和事。

龔嶷博士就是交叉性、綜合性的典范。他從企業再回到復旦任教,科研有計劃又細致,學生工作也做得不錯。他在碩博攻讀期間開展失效分析研究,共發表9篇SCI論文。最近,他在第25屆國際熱處理與表面工程聯合會大會失效分析專題論壇宣讀的論文被評為青年優秀論文獎,同時獲得國家自然科學基金青年基金項目。他還兼任材料系的研究生輔導員,被評為復旦大學十佳輔導員、優秀黨支部書記等,而他所帶領的班級和黨支部也榮獲復旦大學優秀集體標兵等。

唐曉峰博士畢業后選擇自主創業,從事功能材料與器件的開發,新產品持續推出,成績突出。他先后榮獲上海市“兩新”組織優秀共產黨員、上海市青年五四獎章、上海市創新創業英才等榮譽稱號,創業公司也獲得了上海市高新技術企業、上海市專精特新企業等榮譽。

常煜博士在攻博期間榮獲全國大學生挑戰杯一等獎、全國創新創業大賽金獎,擁有9項發明專利?,F在他帶領自己的團隊繼續從事功能電子器件的開發和應用。

邰艷龍博士是我課題組第一個從事印制電子方向的博士生,畢業后先后去美國、德國、沙特等從事6年博士后研究,在Advanced Materials、ACS Nano、Advanced Functional Materials、Small等知名學術期刊以第一作者發表SCI論文30余篇,申請美國/國際專利4項,受邀參加國際學術會議和報告8次,研究成果多次被國際知名媒體重點報道。

郭偉明博士在讀博期間在國際期刊發表SCI論文8篇,2013年博士畢業后進入廣東工業大學任教,由于在功能陶瓷材料開發方面取得突出成績,他在 2018年初就破格晉升為正教授。

孫斕琿博士是我課題組第一位女博士,讀博期間主要從事先進復合材料的開發與性能研究工作,共發表了6篇SCI論文,為后來進入課題組的師妹們做出了榜樣。

楊超博士讀博期間一直擔任本科生輔導員,擁有5項發明專利,發表6篇SCI論文,也做到了學工、科研兩方面都不誤。

陶宇博士現為副教授。他是在職博士生,主要研究微電子器件封裝導電膠及其聚合物粘接劑,他讀博期間共發表7篇SCI論文,并申請到國家自然科學基金青年基金項目的資助。

還有我課題組的第一位博士生——王宇飛博士。他從事汽車結構件的數值模擬分析,目前在DowDuPont公司擔任仿真和設計部門的亞太區技術經理,上兩周還邀請他到材料系做了計算機仿真模擬分析的講座,讓學弟學妹們開闊遠見,了解社會的需求。

此外,課題組里一些碩士生也有亮麗表現。畢彤彤在專碩的兩年時間里就發表了SCI論文,擁有發明專利1項,并榮獲“首屆全國失效分析大獎賽”唯一的特等獎,綜合能力突出。丁群在碩士三年里參與完成了7項重大核電裝置的失效分析項目,有助于確保相關機組的安全運行,并由此發表了4篇SCI論文,表現突出?,F在課題組里就讀的楊曉蕾,本科期間就發表了SCI論文,并榮獲“第二屆全國失效分析大賽”唯一的特等獎。另外,課題組還有畢業后進入國家科技部工作的、碩士期間發表2篇SCI論文的王冬雨,碩士階段發表3篇SCI論文的陳飛珺,讀研期間發表3篇SCI論文、畢業后進入外企擔任高管的陸倩淑等也是可圈可點的。

還有不少學生也相當優秀,限于篇幅原因,這里不一一列舉了,我為課題組學生們取得的成績和現在的持續進步表示由衷的高興和欣慰。

Q現在新生入學不久,您對于進入課題組的研究生和有科研愿景的本科生分別有什么建議?

對本科生而言,有兩點比較重要,一是不忘初心,二是善于交流。

不忘初心就是要有自己的理想和夢想,人有了追求,學習才會有動力和活力?,F在的本科生在計算機操作能力、外語能力、綜合能力方面相對于我們那一代都要好,因而只要人生規劃好,就應該能超越我們,要有這個自信。當然,千里之行始于足下,刻苦學習和不斷進取是重要的前提。

善于交流就是在明確自己的研究方向后,多與相關課題組的老師、學長、學姐交流,他們都會自然地與你講一些個人體會,這對個人的快速發展是比較重要的。

對于在讀的研究生,則要勤奮求實,腳踏實地做好每一項科研工作。

現在的科研不像過去那樣容易出成果,若要出成果大多是交叉性的,交叉性就要求學生的知識面寬廣,有所探究才會有所發現、創新和突破。尤其在研究過程中,要善于學習、不斷學習、創新學習和快速學習。

還有,科研并不是一蹴而就的,有時會遇到一些挫折。要牢記失敗是成功之母,這時需要多與老師以及年長一些的研究生多溝通、多交流,啟發新思路,直至有效地完成既定的研究任務。 AAASVSGHRUTO

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