3院士坐镇，一年2篇Science，这所百年高校材料有多强？

十九世纪末，甲午战败，民族危难。中国近代著名实业家、教育家盛宣怀秉持“自强首在储才，储才必先兴学”的信念，于1896年在上海创办了南洋公学，建校伊始，学校即确立“求实学，务实业”的宗旨，以培养“第一等人才”为教育目标，精勤进取，笃行不倦，在二十世纪二三十年代已成为国内著名的高等学府，被誉为“东方麻省理工”。它就是有着“清北复交”美誉之一的上海交通大学。截止目前，学校共有30个学院/直属系，31个研究院，13家附属医院，2个附属医学研究所，12个直属单位，6个直属企业。中国科学院院士22名、中国工程院院士22名（包括1名两院院士），“长江学者”特聘教授和讲座教授共144名，国家杰出青年基金获得者144名。仅在即将过去的2019年度，上海交大以第一和主要完成单位在Nature和Science上发表了7篇文章，分别是：叶芳伟课题组发现并揭示莫尔晶格中波的演化规律（Nature）、Michael L. Bender揭示了浅层蓝冰钻探对重建古代大气成分的重要性（Nature）、黄晶课题组首次揭示了染色质的核小体结构对组蛋白修饰酶MLL（Mixed Lineage Leukemia）复合物的酶活调控及其分子机制（Nature）、韩礼元教授团队构建稳定异质结结构提高钙钛矿太阳电池的稳定性（Science）、赵一新团队的无机钙钛矿太阳能电池最新研究成果（Science）、耿涌教授发文提出循环经济全球解决方案（Nature）、袁璐琦与斯坦福大学合作: 在单个光学腔中搭建两个独立的合成维度（Science）。

上海交通大学是中国最早建立材料科学与工程学科的高校之一，材料科学与工程学院自1997年由材料科学系和材料工程系合并而成，所属的金属热处理专业在1952年就已设立。学院拥有一级学科“材料科学与工程”，是国内首批国家重点一级学科，连续多年入围ESI世界前1‰学科，并国内首批设立硕士点、博士点和博士后流动站。师资力量有中国科学院院士1人，中国工程院院士4人，还有国家“973”计划首席科学家4名、长江特聘学者6名、长江讲座教授1名、国家杰出青年基金获得者5名、教育部新世纪（跨世纪）人才15名。近年来材料学院形成了以金属基复合材料国家重点实验室为首的十余个国家级（省部级）重点（工程）实验室，下设包括复合材料、特种材料、焊接技术等的多方面材料领域研究所。学院特别注重多学科发展，成立材料基因组联合研究中心，氢科学中心等学科交叉机构，另外还与多个地区合作建立校地平台促进成果转化。

材料学科发文情况

经web of science库检索，近十年间上海交通大学材料学科以第一完成单位或合作单位发表SCI论文达12000余篇，随着人才引进投入的加大，论文数量和质量都在逐年增长，近两年更是突破1000篇大关，有上千篇论文发表在了额Acta Materialia、Carbon、Nanotechnology等领域内顶级期刊上。

图1 材料学科近十年发文情况

图2 材料学科发文顶刊情况

学院在科研工作中不断取得新的突破。发表论文数全球排名第10名，论文被引次数全球排名第27名。学院累计申请发明专利797项，其中授权454项，共获得国家级二等奖4项，国家国际合作将1项，省部级科技奖25项。材料学科连续多年入围ESI世界前千分之一学科。学院学术研究成果在《Nature》、《Science》、《材料科学进展》等世界著名期刊上发表论文多篇，多项关键技术成果成功应用于航空、航天、船舶海洋及核电等重大工程装备，解决了国家重要领域的关键性问题，满足了国家重大工程需求，起到了不可替代的作用。

材料学科院士风采 

潘健生,2001年12月当选为中国工程院院士。主要成果：将传热学、数值分析、弹塑性力学、流体力学、等与材料学知识加以集成，建立反映热处理过程各种复杂现象的数学模型，在国内外率先实现复杂形状零件热处理工艺的计算机模拟，解决实际生产中的难题，推动热处理从经验型向基于科学计算的精密型技术的方向跨越。

丁文江, 2013年12月当选为中国工程院院士。长期从事先进镁合金材料及加工方面研究，作为第一获奖人，获国家科技进步二等奖、国家技术发明二等奖、国防工业科技进步二等奖、上海市技术发明一等奖、上海市科技进步二等奖、中国汽车工业科技进步二等奖各1项。在SCI源期刊上发表论文308篇，获得授权发明专利114项，其中两项获中国专利优秀奖。

赵连城, 2003年当选为中国工程院院士。主要从事半导体异质结、量子阱和超晶格、多波段等光电薄膜材料和各种发光材料、光电转换材料、光导纤维和器件、信息存储材料、绿色荧光蛋白和分子荧光探针等研究，以及它们的能带结构分析与性能评价及工程技术应用。

国际期刊：

Nano-Micro Letters由上海交通大学和Springer合作创办，目前的影响因子已经突破9.0，成为领域内国内创办首屈一指的国际期刊。

《国际热处理与表面工程 (IHTSE) 》杂志由国际热处理与表面工程联合会IFHTS、英国材料，矿物与矿业学会IOM3、上海交通大学SJTU以及中国热处理学会CHTS四方专业机构在2007年共同创办。作为国际热处理和表面工程联合会IFHTSE的唯一官方刊物，《国际热处理与表面工程》为材料热处理和表面工程学术界和工业界之间建立了共同平台，杂志范围覆盖材料科学与工程、分析、测试和加工以及业界有关问题。这本全英文杂志由一流材料领域期刊出版社著称的Maney出版社以高质量纸质和电子刊物在英国定期出版，已被EI、SCOPUS、CA、MA等重要数据库收录。 

材料学科近期研究进展

Science：韩礼元教授团队构建稳定异质结结构提高钙钛矿太阳电池的稳定性

为解决钙钛矿稳定性问题，韩礼元教授团队设计制备了具有稳固结构的钙钛矿异质结结构。该结构主要包含一层表面富铅钙钛矿半导体薄膜，并在薄膜表面沉积氯化氧化石墨烯薄膜，通过形成氯-铅键、氧-铅键将两层薄膜结合在一起。光学、电学等表征实验结果表明，该异质结结构稳定，可以有效减少钙钛矿半导体薄膜的分解和缺陷的产生，同时也减少了逃逸离子对电荷传输层功能性的破坏。具有该异质结结构的钙钛矿太阳能电池，在一个标准太阳光光强和60 ℃条件下连续工作1000小时的后，仍然保有初始效率的90%，而且电池的稳态输出效率通过了国际公认电池评测机构-日本产业技术综合研究所（AIST）光伏技术研究中心的认证。

文章信息：

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

Science：赵一新团队的无机钙钛矿太阳能电池最新研究成果

赵一新团队和洛桑联邦理工学院Grätzel团队、冲绳理工大学戚亚冰团队提出了裂纹界面工程方法。不同于之前仅能对钙钛矿上表面进行钝化修饰的常规界面工程，裂纹填充界面工程在对β-CsPbI₃上表面进行处理的同时，还可利用初始β-CsPbI₃薄膜中存在的孔洞、缺陷等进行填充，通过这些微通道使碘化胆碱均匀分布于β-CsPbI₃上下表层和内部，可以实现钙钛矿全方位的修饰改性。这些全方位分布的碘化胆碱不但全面钝化了β-CsPbI₃层缺陷，而且优化了β-CsPbI₃与电荷传输层之间的能级匹配，从而大幅度改善了器件的光伏性能。最终，基于缺陷修复和能级优化后的β-CsPbI₃全无机钙钛矿电池获得了>18%光电转换效率，经中国计量院第三方认证的最高效率18.3%，是当前无机钙钛矿太阳能电池的最高值。

文章信息：

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

Acta Materialia:董杰教授团队在镁合金孪生与第二相交互作用机制方面取得重要研究进展

密排六方晶体结构镁合金包含基面、柱面、锥面滑移和拉伸、压缩、二次孪生和去孪等多种变形模式，这些变形模式与晶界、第二相等之间的交互作用复杂，因此，在介观尺度上研究清楚这些交互作用机制对于提升和调控镁合金的强韧性能具有重要意义。本文利用自行开发的镁合金多晶体塑性-相场耦合全场模型，系统地可视化地仿真研究了镁合金中拉伸孪晶与第二相之间的交互作用机制，定量预测了非剪切第二相的取向、尺寸、体积分数以及形貌 (纵横比) 等对孪晶长大临界剪切应力的影响规律。在介观尺度上建立了变形模式、微观组织和宏观性能之间的关联。发现孪晶与第二相的交互作用会引起局部位错滑移塑性行为，同时激发基面、柱面以及锥面位错，但基面滑移塑性区远大于非基面塑性区。孪晶与第二相的交互作用引起的不均匀应力场以及基体内大量激活的位错会增加后续孪生长大的临界剪切应力。高体积分数、小尺寸、高纵横比、非剪切片状等第二相对阻碍孪晶的长大最为有效，并可有效降低拉伸孪晶和非基面位错之间临界剪切应力的比值，从而可提高镁合金的强度并改善塑性的各向异性。

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:袁广银教授团队在可降解镁合金血管支架设计方法研究领域取得重要进展

可降解镁合金支架具有良好的临床应用前景，通过材料性能、载药涂层和结构设计的综合优化设计，可以达到优于生物可吸收聚乳酸支架的效果，甚至进一步取代现有药物洗脱支架。该研究提出了一种基于有限元方法的形状优化设计策略，并将其应用于课题组自行研发的材料本身具有均匀降解特性的Mg-Nd-Zn-Zr（JDBM）合金制备的血管支架上，在体外各项力学性能测试和体内降解过程观察中都取得了符合预期的实验结果。该研究通过微区XRD分析和有限元数值仿真证实了压握过程会在支架中引入大塑性变形，创造性地将压握变形过程纳入到镁合金血管支架形状优化中。通过引入凸起平台结构配合形状优化，实现了支架压握状态下平行、紧凑的支撑杆排布，进而实现了镁合金支架的各项生物力学性能的最佳匹配。在随后的动物实验中，经过形状优化的JDBM支架被植入新西兰大白兔髂动脉，文章根据相关实验结果对其在体内的生物安全性、对血管壁支撑能力的有效性以及在动物体内的降解行为进行了系统的分析和讨论。

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：韩礼元教授团队在大面积钙钛矿太阳能电池模块领域再获新突破

高效率钙钛矿太阳能电池模块因具有不同于小面积电池的特有器件结构，存在更为复杂的光电性能衰减过程，稳定性低于小面积电池。如何实现大面积高效且稳定的钙钛矿太阳能电池模块，成为阻碍该类新型光伏技术产业化的重要瓶颈问题。高效钙钛矿太阳能电池模块中，存在结构复杂的电池连接区，并利用该结构将子电池串联在一起。在传统方法所制备的模块结构中，连接区钙钛矿薄膜会接触到金属电极和空气而发生材料腐蚀和分解问题，且同时存在电子和空穴传输层接触导致电荷复合损失的问题。韩礼元教授团队重新设计了模块连接区结构，构建了由可低温制备的低维材料来形成的扩散阻隔层。该结构可有效抑制材料的腐蚀和分解，以及抑制界面电荷复合，最终实现了高效稳定的钙钛矿太阳能电池模块。通过国际公认光伏认证机构测试，在面积36cm2的模块器件上获得14.2%的认证效率。该模块在85℃加热1000小时后，仍然保持着95% 以上的初始光电转换效率，且在一个标准太阳光（AM 1.5G，100mw/cm2）光照1000小时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:超柔性纳米发电复合材料领域取得的重要进展

压电陶瓷及单晶具有超高的压电效应，但由于其本身的刚性和脆性所以并不能满足柔性和可穿戴电子设备的设计要求。虽然有很多研究将压电陶瓷粉体和聚合物进行混合可以获得超柔性，但是非连续相的压电结构设计导致低的能量收集效率。通过沉积压电薄膜再转移到柔性基底上虽然能够保持很好的能量收集和保持一定的柔性，但是其工艺复杂、成本高不利于商业化大规模生产。因此设计和开发出一种超柔性且能高效地进行能量收集并可实现大规模生产的压电纳米发电材料显得尤为重要和具有挑战性。研究提出利用具有层次结构的电子级玻璃纤维布材料体系为基底，通过浸渍的方法在其上沉积具有层次结构的纳米压电发电材料。在所制备的压电纤维布复合材料中，每根纤维表面都包裹了一层纳米级厚度的PZT材料，每根纤维之间的PZT之间互相连接，形成了一种类似于玻璃纤维布的多层次结构。电子级玻璃纤维布本身所具有的宏观超柔性和微观刚性给予了这种压电纤维布具有高效的能量传递、转换以及超柔性。而且这种压电纤维布可以实现插指电极掩膜设计和上下柔性电极贴合封装设计。比如，一块3.5cm×1.5cm大小的纳米压电纤维布利用插指电极在标准测试下能够产生～60 V和～500 nA的输出。一个8cm×8cm大小的纳米压电纤维布利用超柔性的导电聚乙烯碳膜作为上下电极在模拟人体运动的情况下能够轻易点亮20个商用绿色LED灯。

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）

饮水思源，爱国荣校！上海交大师生正以校训为信念向着世界一流大学迈进，材料学科也以稳健的步伐逐渐赶超在学术业界有了不可取代的强势地位。相信上海交通大学会继续发扬其120余年的扎实、肯干、创新的精神，无愧于“东方麻省理工”的称号！

本文由Abida供稿。

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