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系教授

王帅

助理教授   博士生导师
研究方向:微纳尺度材料的力学行为及结构表征。
E-mail:swang569@wisc.edu
 
2007年毕业于合肥工业大学金属材料工程专业,获工学学士学位;2010年于北京科技大学材料物理与化学专业获工学硕士学位;同年就读日本北海道大学材料学系并于2013年获博士学位。 2014-2015年在日本国际碳中和能源研究中心(I2CNER)任博士后研究员,2015-2018年在美国威斯康辛大学麦迪逊分校任副研究员。


研究领域:
主要研究领域为微纳尺度材料的力学行为及结构表征。文明的进步伴随着材料力学性能的提升,制造强韧甚至不会断裂的材料是人类自远古以来的梦想。随着研究工作的深入,已经意识到材料的内部结构的变化决定了材料的外在力学表现。课题组通过对纳米及微米尺度下材料组织和应力演变的观察分析,力图阐明材料强化和材料失效过程中的根本机理,评估和预测材料在不同服役条件下的力学性能,为高性能新材料的选择和开发提供具有指导意义的物理模型。主要研究手段为透射电镜和原子模拟计算。着重提高学生的电镜学水平,增强对强化和失效力学理论的理解和对科学问题的分析能力。课题组也将会积极为学生提供日本九州大学, 北海道大学, 美国University of Wisconsin-Madison, University of Illinois at Urbana-Champaign等国际知名学府的交流学习机会。

学习及工作经历:
◆ 20152018                美国威斯康辛大学麦迪逊分校       副研究员
◆ 20142015                日本国际碳中和能源研究中心       博士后研究员
◆ 2010.08 2013.07     日本北海道大学                             材料学             博士
◆ 2010.08 ~2013.07     北京科技大学            材料物理与化学专业             硕士
◆ 2007.08~2010.07      合肥工业大学                      金属材料工程             学士
 
学术及科研成果:
参与日本文部省WPI、美国国家科学基金、能源部等与新能源材料在严苛环境下的缺陷行为和力学性能相关的前沿项目。担任Current Opinion in Solid State & Materials Science, International Journal of Hydrogen Energy,Metallurgical and Materials Transactions A/B,Computational Materials Science,等多个国际著名期刊的审稿人。 参与编撰普通高等教育“十一五”国家级规划教材一本。在国际顶级期刊发表论文30余篇。其中有五篇以第一作者及通讯作者发表在金属材料领域TOP1期刊Acta Materialia。受邀担任国际碳中和能源研究中心的WPI Visiting Faculty。

在研项目:
研究项目1:氢环境下结构材料的位错组织演化和失效机理——从纳米尺度到宏观尺度
(与朱强老师, 日本JFE, 国际碳中和能源研究中心(I2CNER)的合作研究项目)
关键词:氢能源,断裂形貌学,位错组织,增材加工 (3D 打印),聚集离子束加工,STEM,TEM 3D-tomography
由于氢气的活波性质, 安全可靠的高强度结构材料是未来氢能源大规模应用的背骨和前提条件。 目前最大的挑战是大多数的金属结构材料在氢环境下都存在脆化问题, 而这种氢脆的根本失效机理至今都尚未明确。 纳米和介观尺度下的位错组织演化作为材料失效前最后力学响应痕迹, 是联系微观变形和宏观力学行为的重要一环, 也是揭示氢环境失效机理的关键. 该研究将以增材加工(3D打印)材料和超细晶材料为主要研究对象。采用多尺度的实验方法测试氢环境下裂纹扩展和材料力学响应, 对相应的位错组织演化过程进行观察和分析, 从而建立纳米尺度的结构特征和宏观尺度失效力学的联系。 将以聚集离子束加工和扫描透射电镜(STEM)为主要研究手段, 构建从2D到3D tomography的位错组织结构模型, 并辅以扫描电镜和背散射电子衍射技术来构建跨尺度断裂模型与预测机制。
 
研究项目2: 具有晶界裂纹自修复功能的金属材料的设计制造
关键词: 裂纹自修复,断裂力学,晶界,in situ TEM,STEM,MD
裂纹自修复在高分子和陶瓷材料中较为常见, 但是在金属材料领域相关成果还很少。 对于服役在极端环境下(如高压, 高温, 腐蚀,辐照等)的金属材料来说,裂纹自修复将大幅提升材料的使用寿命和安全性能,延展新材料在航空航天,汽车,桥梁,新能源等各个领域的界限,是人类梦寐以求的特殊功能。通过对纳米晶材料的晶界处间隙原子种类分布和周围位错-向错行为的调控, 本研究项目将着重于制造具有晶界裂纹自修复功能的材料。 研究将结合透射电镜下原位材料裂纹扩展实验 (in situ TEM) 和高分辨原子级STEM观察,对不同成分和晶界取向的纳米晶材料进行分析研究。辅助研究手段为分子动力学模拟 (MD), 用以深度了解分析晶界裂纹和溶质原子及局部应变的演化, 该研究具有开启新材料种类的潜力,成果将具有深远的科学意义和巨大的工业应用价值。
 
研究项目3: 高能粒子辐照和氢原子共同作用下的位错行为
(与日本北海道大学的合作研究项目)
关键词: 核能,核聚变,氢,高强度结构材料,超高压电镜原位辐照
可控核聚变反应堆是清洁和高效的全球能源解决方案之一。在正在开发建设的国际热核聚变实验反应堆TOKAMAK中,嬗变反应的副产物氢原子被预测会以0.9wtppm/dpa的速度量增,是导致直接面向等离子体的壁体结构材料的脆化的主要原因,同时也是目前核聚变的实验和发展面临的严峻问题。在这方面的系统深入的研究工作将不仅提供中国制造核聚变结构材料的设计依据,同时也提供对核聚变结构材料的多尺度下的失效预测和评估标准。使用在超高压电子透射显微镜下使用高压电子辐照的方式来对含氢材料(低活化Fe-Cr钢)进行原位损伤实验。通过计算位错与辐照产生的点缺陷的相互作用,结合应力松弛,纳米硬度等力学性能测试,来分析辐照对材料力学行为的影响,以及位错本身的激活能在氢原子作用下的变化。