985青年教授成果入选Nature年度亮点

 

看到《自然》杂志将自己的工作评价为“remarkable”“highlight”，李志明的心情反倒比较平静。这与6年前他第一次发表《自然》论文时的状态截然不同。

 

“在科研路上，我有过无数艰难的岁月，也有过一些自信满满的时刻，现在的心态则越来越平和。”接受《中国科学报》采访时，李志明讲述了自己从寒门学子出发，成长为一名青年科学家的故事。在这条充满艰辛与挑战的路上，至少有3段经历勾勒出了他迄今为止的奋斗历程。

 

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李志明 （受访者供图，下同）

 

2022年12月15日，国际顶级学术期刊《自然》刊文盘点了年度亮点新闻和观点：从1月到12月，每月各遴选出一项引人注目的科研工作。

 

中南大学材料科学与工程学院教授李志明与德国马普学会钢铁研究所执行所长Dierk Raabe教授等研究人员合作发表的论文当选8月亮点工作。这篇论文报道了一种同时具有优异软磁性能和机械性能的多组元软磁合金材料。

 

 

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被《自然》点赞的工作是什么样的？

 

 

 

要弄清楚这篇入选《自然》年度亮点的工作讲了些什么，就要了解长期困扰软磁材料领域的一个经典难题：软磁性能和机械性能（强度和塑性等）像“鱼与熊掌”一样难以兼得。

 

软磁材料是一类矫顽力低，容易磁化也容易退磁的磁性材料，可以应用于各类电能转换设备中。对很多钢铁厂来说，制造硅钢等软磁合金材料堪称“致富法门”，相对于普通钢材，软磁合金材料可以制造发电机转子等核心部件，在市场上的地位完全不同。

 

“但是现有的软磁材料，几乎都有一个很大的缺憾：机械性能不足。”李志明向《中国科学报》解释，“这样的材料，一方面很难加工成复杂特殊的形状，无法满足更高水平的产业需求；另一方面，使用寿命短，残次品和报废率都很高，造成了大量浪费，也给生产环节带来很大损失。”

 

难题的关键原因在于，绝大多数提高材料机械性能的方法，都会降低材料的软磁性能。为了突破这个难点，李志明和他的合作者们开发出一种包含5种元素的Fe-Co-Ni-Ta-Al多组元合金，通过独特的结构设计和机理优化避免了两种性能之间的冲突。

 

“他们研究获得成功的一个重要因素在于，多组元合金中的多种组成元素，能够允许不同的、甚至经常相互冲突的性能分别优化——这对仅由一或两种主要元素组成的合金来说，是极其困难，甚至压根不可能的。”世界著名合金专家、美国能源部橡树岭国家实验室主任Easo P. George在《自然》上撰文评价道。

 

George还表示：“我乐观地认为，这项研究成果将推动软磁材料性能的进一步改善，可能支持电机和电子设备进一步小型化和提高效率，从而帮助社会实现新技术可持续发展的目标。”

 

 

 

知道的越多，接触的未知也越多

 

 

 

李志明的上一篇《自然》论文发表于2016年，当时他正在德国马普学会钢铁研究所从事博士后工作。

 

2014年底， 28岁的李志明从上海交通大学博士毕业后远赴德国，开展博士后研究工作。12月的杜塞多夫市夜长昼短、阴冷多雨，他不熟悉这里的气候，初来乍到就被淋成了落汤鸡。这与他之前在美国加州大学戴维斯分校博士联合培养时，当地总是阳光明媚的天气形成鲜明对比。

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在马普所时的李志明

 

正式入职马普学会钢铁研究所后，所见所闻在他内心引起了巨大震撼。在声名显赫的“马普所”中，钢铁研究所虽然只是个由三四栋小楼组成的、规模较小的研究所，研究人员加起来只有200多名，但这里很多人都有很高的学术造诣，都在追求非常前沿的科学目标。走进实验室，各种高端设备令人目不暇接，而且全部向研究人员开放，但此时的他还不会操作其中很多高端设备。

 

“就像掉进一个闪闪发光的宝库，却发现自己搬不动这些宝藏。”李志明别无他法，唯有勉力学习。一周7天，从早到晚，他常常不是设计研究方案开展实验，就是请所里的技术人员给自己培训。这些技工都是当地人，为了跟他们更好地交流，李志明自学了一些德语。“我其实只会那么几句，打招呼啊，感谢啊，但都运用得淋漓尽致。”他笑着回忆道。

 

就这样过了大半年，他掌握了绝大多数实验技能和分析手段，“从这时起，我开始有了一点自信。”

 

到了第二年，这种自信进一步提升。这年，他发表了人生中第一篇《自然》论文，既是第一作者也是并列通讯作者。不久之后，他又在钢铁研究所里成立了自己主导的研究组。

 

“我意识到，自己通过不断学习，掌握了一些新的研究技能，同时在主持研究组各项工作的过程中锻炼了组织协调能力，因而有信心做出更多高质量的研究工作，并提高研究组的国际影响力。我刚来时敬畏不已的Dierk Raabe所长，开始把我当作一个成熟的合作伙伴……”李志明说。

 

但是渐渐地，随着知识和视野的进一步开阔，他发现“知道的东西越多，接触到的未知也会越多”。

 

当前材料科学与工程领域中不断有新理论、新方法和新技术涌现，也有很多重要科学问题和技术难题亟待突破，这让他学会用更客观理性的目光审视自己，审视未来的道路。

 

2017年，他赴德后第一次回国探亲，吃到了久违的家乡美味，让他油然而生一份“莼鲈之思”。

 

同时他目睹了国内在先进金属材料科技领域的快速发展，认识到国家科技创新与产业发展亟需更多青年科研人员参与，也感受到国家对青年科研人员开展前沿研究工作的强大支持，回国这个念头在他心中愈发坚定。

 

2018年9月，他作为特聘教授入职中南大学，建立“先进多组元合金”研究团队，同时还保留了马普学会钢铁研究所的研究组客座组长身份，持续推进国际合作研究。

 

 

梦和希望开始的地方

 

 

 

李志明的家乡，在湖南省平江县的一个小乡村。在他小时候，这儿是贫困县里的贫困村。但不管条件多么艰苦，父母都尽一切可能支持他去读书。到高中阶段，他差不多就是村里这届唯一的高中生了。

 

之后，他进入景德镇陶瓷大学就读材料工程专业。第一次走出家乡，他浓浓的乡音在同学间显得格格不入。

 

刚开始，他不太敢开口，总是捧着书本默默地看。后来他为了能做兼职赚点生活费，开始苦练普通话，语言表达和沟通能力慢慢提高起来。

  

他还通过担任班长，加强了和周围同学的交流，锻炼了组织能力。

  

由于经济拮据，奖学金就显得尤为重要。“我必须保持不错的成绩，否则下个学期的学费和生活费都没有着落。”他坦言。

  

大学毕业后，他到上海工程技术大学攻读硕士学位。硕士期间他潜心科研，凭借不懈的努力和勤奋，在国内外期刊上发表了多篇学术论文，申请到数项专利，其硕士学位论文还获得了上海市研究生优秀成果奖。

 

对那时的他来说，发表第一篇国际学术论文无疑是最开心的时刻之一。

  

“你能想象这种感觉吗？只要通过自己的努力，付出时间、精力和思考，就可以揭示新的科学现象，创造知识并与国际同行分享，这是一种很棒的体验。好像突然从一个很小的入口，来到一个能与全世界连接的空间！”李志明兴奋地说。

  

今天的李志明，已然是一位颇有建树的青年学者。他从未向学生们讲起自己过去的经历，怕显得“太过说教”。“但我真的很想告诉这些年轻孩子，你们选择来做科研，能够心无旁骛地学习和创造知识，是多么幸福的事情。”他如是说。

 

面对未来，李志明还有许多研究计划。他坦言，即便是被《自然》“点赞”的这项研究工作，也还存在一些不足。未来，他们会继续优化这种软磁合金材料，以及开发各种高性能多组元合金体系，推动新型合金材料走进产业。

 

“一种新材料的出现，能让很多过去实现不了的设计、创想变成现实，能推动很多新产品出现。历史上，新材料甚至常常成为产业变革的先导。高性能金属材料开发对我国高端制造业的发展意义重大。这是一项非常有意义的工作，我会继续为之努力。”李志明充满期待地说。

 

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-04935-3