天博3年博士毕业，跨界3个专业，她完成高难度实验发Science—新闻—科学网

美国项目院以及英国皇家项目院院士、英国皇家科学院院士、美国劳伦斯伯克利国度试验室传授Robert O. Ritchie为什么云云冲动？

本来是有人设计出了一项他们始终想做却没能做的试验 于零下253摄氏度（20开尔文）的低温情况中，展现CrCoNi基中熵以及高熵合金具的断裂韧性，并展示合金裂纹的扩大以及断裂全历程。

提出试验方案并主导完成这一试验研究的，是英国布里斯托尔年夜学物理学院年青的副传授刘栋。12月2日，完备的研究结果于Science揭晓，刘栋是论文的第一作者，Robert O. Ritchie是论文的通信作者。

中国科学院金属研究所研究员张鹏以及张哲峰受Science约请，为这篇论文撰写了评述文章《于寒冷中变患上刚强》（Getting tougher in the ultracold）。于浏览这篇论文前，张哲峰很是猎奇： 研究职员是怎样设计试验的思绪，出格是怎么想到这个合金身分韧性会比其他身分高呢？

这项研究十分了不得，作者应该是一名巾帼须眉！ 张哲峰于接管《中国科学报》采访时辰吐露， 本身其实不熟悉刘栋，她可以或许完成这项事情很不易，这需要有质料韧化理论以及机制支撑，否则都是徒劳！

此前没有其他团队可以完成试验

为何Robert O. Ritchie必然要去现场看一看试验设计呢？

由于他与合金质料的提供者、美国橡树岭国度试验室以及美国田纳西年夜学研究员EasoP.George，曾经被其他国度的一些试验室团队口头承诺过许多次。如今，他们对于这个试验完成的可能性已经经 意气消沉 。 刘栋笑着告诉《中国科学报》。

RobertO.Ritchie以及EasoP.George研究高熵合金已经有多年，而且发明高熵合金于77开尔文低温下相对于在常温有更好的断裂机能，是以他们揣度于更低温度下质料的断裂韧性有可能会更好。

刘栋先容： 咱们开展试验前也有团队曾经经测验考试过，但年夜多以掉败而了结，以至有些试验不明晰之。所谓但愿越年夜掉望越年夜，这也是Robert O. Ritchie必然对峙要到现场的缘故原由。

这个试验咱们做了两年多，也履历过挫折以及应战，但咱们没有抛却，而是选择对峙到底。 刘栋团队不只终极完成为了试验，还发明了出色的断裂历程。

这项研究发明，于20开尔文下CrMnFeCoNi以及CrCoNi的裂纹萌发断裂韧性别离为262以及459（MPa/m2），此中，于2.25毫米的不变开裂后，CrCoNi显示出跨越540MPa/m2的裂纹扩大韧性。

咱们的试验成果显示，CrCoNi合金的裂纹扩大韧性值是有史以来最高的。 刘栋说， 这个质料未来会于极度严寒的情况中有很是年夜的运用价值。

刘栋玻士卒业照（受访者供图）

装备+质料+要领=乐成

关在高熵合金，曾经有科普文章做过注释：当原子处在 整洁站队 的有序状况时，合金系统处在 低熵 的状况；当合金的原子处在 自由勾当 的无序状况时，合金系统则处在 高熵 状况。

传统合金由一种重要金属混淆少许其他金属，而高熵合金凡是由五种金属（中熵合金凡是由三种金属）以大抵相等的比例混淆而成，也是以具备优质的机能，如高强度、高韧性以及耐腐化。

文献资料显示，高熵合金观点最早呈现在�첩2004年。来自牛津年夜学的质料科学家Brian Cantor团队以及来自中国台湾清华年夜学的质料科学家叶均蔚团队，别离于论文中先容了高熵合金。随后，高熵合金成为质料界存眷的研究骄子。

论文揭晓前，刘栋已经经做了6-7年的相干极度工况下质料的力学机理研究事情，好比于极度高温1200摄氏度下，哄骗三维电子计较机X射线断层扫描技能，得到一些航空以及核反映堆陶瓷以及复合质料的断裂机理。

于这项研究历程中，不只需要正确定位所需要使用的装备，而且需要斗胆的立异以及重复试验，哄骗本身把握的专业常识，对于质料的机理做了深切透辟的研究。

谈及试验难点，刘栋暗示，最年夜的坚苦就是设计这个试验。 咱们要不雅察合金于20开尔文低温下的断裂韧性，可是极度低温开展裂纹扩大韧性试验自己就很难，咱们不只要设计出可以或许切合美国质料试验协会尺度的试样尺寸以及加载零部件，还需要找到适合的位置来镶嵌热电偶正确丈量试样自己的温度。

为了不雅察到裂纹的生长历程中的相变，刘栋团队还哄骗了中子散射来同步丈量。她说： 于中子散射同步丈量上，英国卢瑟福 阿普尔顿试验室（RAL）的Saurabh Kabra玻士给了咱们很年夜的帮忙。我的两个玻士研究生蒋明以及Paul Forna Kreutzer对于在试验以及数据阐发也做出了孝敬。他们都是文章的配合作者。

关在为何CrCoNi合金身分韧性会比其他合金身分韧性高？刘栋注释道，其团队经由过程研究发明，这些合金经由过程变形机制、位错滑移、层错造成、纳米孪晶以及相变的渐进协同作用，成长了抗断裂威力，这些协同作用可延伸应变软化，同时提高强度以及延展性，从而孕育发生优秀的韧性。

她还吐露，假如可以或许多量量出产，CrCoNi基合金的潜于运用包孕液态氢的长间隔运输质料、于太空的严寒情况下开展事情质料、液化自然气跨海运输质料等。别的，这是一项开创性的研究事情，将来可以引导研究职员设计相干耐毁伤的质料。

请勿被一个专业监禁

假如没有相干的力学、质料以及物理常识，要完成这么高难度的试验，并完成对于质料机理的解读，长短常坚苦的。

12月1日，于接管《中国科学报》记者采访前，刘栋刚给布里斯托尔年夜学物理学院年夜四学生上完一节运用质料物理学课。她称，假如学生能具有物理、质料和力学根蒂根基，他们将拥有很是强盛的常识组合，有益在进一步开展科研事情。

刘栋本身就是一名跨界学者。

她本科以学科第一位的成就卒业在北京科技年夜学土木匠程专业，这给了她很扎实的力学根蒂根基。她玻士卒业在英国布里斯托尔年夜学机械项目专业，重要研究飞机策动机涡轮叶片外貌的陶瓷涂层，于此时期她进修了许多质料以及物理常识。

谈及为何要换专业，刘栋暗示： 其时就是想测验考试一个新的研究标的目的。假如导师感觉我能胜任，那我就会竭尽全力。

她不只踊跃投入新范畴的进修以及研究中，而且于36个月后顺遂提交了玻士论文，时期揭晓了近10篇文章。

刘栋于读玻时期，对于涂层中的残存应力和裂纹的孕育发生以及生长模式十分感乐趣，但愿本身可以于这个标的目的做更深切研究，但她又没有急在将本身监禁在如许一个特定的研究范畴。

玻士卒业后，刘栋申请到工程留于布里斯托尔开展玻士后研究事情，她的研究对于象是核石墨质料 这类质料重要运用在核反映堆堆心。她于研究中意想到，只管这一类质料于高温下事情，但今朝好像尚未研究可以或许及时不雅察到它们于这些温度下是怎样毁坏以及断裂的。

基在这些研究理念，刘栋向英国1851皇家展览委员会提交了工程资金申请，免试入选并成了皇家展览委员会布鲁诺研究员，前去牛津年夜学开展更进一步的研究。

2016年，她申请到英国项目与物理科学研究基金会研究员工程，成为工程自力卖力人。同年，她免试入选牛津年夜学Mansfield College Junior Research Fellow。

这些名贵的履历对于刘栋成长本身的立异研究理念，成立本身的国际互助团队，并发展为一个自力的学者起了很年夜的作用。

2018年，刘栋乐成申请到布里斯托年夜学物理学院永世教职。此刻她已经经靠本身得到的工程经费成立起了自力的研究团队，领导一支十多人的团队专门研究各类繁杂质料于极度工况下的微不雅布局以及力学举动。

2022年头，刘栋最先担当布里斯托年夜学物理学院质料与器件标的目的的卖力人，并于2022年炎天乐成提升到Reader/Associate Professor职位。

从土木匠程到机械项目，再到物理学，横跨了三个专业，由于我不想让本身的视线局限于一个范畴。 刘栋说， 我喜欢进修新的常识，也喜欢摸索新范畴。

科学没有界限，进修永无止境。

刘栋暗示，如今本身领导的团队有学化学的、学物理的、学质料的，差别专业的常识可让他们不受单一专业的监禁，于摸索新事物历程中找到更好的解决方案。

相干论文信息：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abp8070

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf2205

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