中国科学院金属研究所张广平

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张广平
性　别        男        最高学历        博士研究生
职　称        研究员        专家类别        博士生导师，中科院“百人计划”入选者
部　门        沈阳材料科学国家（联合）实验室 材料疲劳与断裂研究部
通讯地址        辽宁省沈阳市沈河区文化路72号，中国科学院金属研究所，材料疲劳与断裂研究部
邮政编码        110016        电子邮件        gpzhang@imr.ac.cn
电　话        +86-24-23971938        传　真        +86-24-23971938
简历：
　　教育经历：
　　1984.09-1988.07：沈阳工业大学，金属材料及热处理专业，工学学士
　　1991.09-1994.06：中国科学院金属研究所， 材料物理专业，工学硕士
　　1994.09-1997.06：中国科学院金属研究所， 材料物理专业，工学博士
　　1999.09-2001.08：日本东京工业大学 精密工学研究所，日本学术振兴会（JSPS）博士后
　　2002.01-2003.10：德国马普学会金属研究所，访问科学家
　　工作经历：
　　1988.08-1991.08：沈阳钢铁研究所， 助理工程师
　　1997.07-1999.08：中国科学院金属研究所，助理研究员、副研究员(1998.12)
　　2001.09-2001.12：中国科学院金属研究所，副研究员
　　2003.11-至今：中国科学院金属研究所，副研、研究员(2004.01)、博士生导师(2007.05)、创新课题组长
研究领域：
　　微/纳米尺度材料及其力学行为；层状材料及其力学性能；先进材料的疲劳与断裂行为。
承担科研项目情况：
　　系统地研究了微/纳米尺度金属薄膜的疲劳损伤行为及位错结构演化。发现了随着材料尺度减小，疲劳挤出/侵入诱发的循环应变局部化损伤行为逐渐减弱，晶界、孪晶界诱发的界面损伤行为越来越明显，位错结构由位错胞、墙逐渐转变为单根位错组态，损伤有晶内应变局部化逐渐向晶界相关的损伤行为转变等疲劳损伤规律。在传统疲劳损伤理论基础上，提出了描述微/纳米尺度面心立方金属疲劳行为的新模型及材料尺度控制的疲劳损伤机制图。系统地研究了微/纳米尺度层状金属材料的强化能力、塑性变形稳定性以及断裂行为及其尺度与界面效应。提出了描述界面强化能力的统一模型、位错界面障碍与界面应力集中竞争模型以及基于断裂力学的多层材料断裂模型，从原子尺度上提出了位错-异质界面交互作用微观机制。
获奖及荣誉：
　　1997年中国科学院院长奖学金优秀奖
　　1997年中国科学院金属研究所所长奖学金一等奖
　　2004年中国科学院“国外引进杰出人才（百人计划）”择优支持获得者
　　2009年辽宁省“百千万人才工程”百人层次人才获得者
代表论著：
　　[1] H.S. Liu, B. Zhang, G. P. Zhang, Enhanced toughness and fatigue properties of cold roll-bonded Cu/Cu laminated composites with mechanical contrast, Scripta Mater. 65 (2011) pp. 891-894.
　　[2] M. Wang, B. Zhang, G.P. Zhang, C.S. Liu, Scaling of reliability of gold interconnect lines subjected to alternating current, Appl. Phys. Lett. 99 (2011) 011910.
　　[3] Y. P. Li, G. P. Zhang, On plasticity and fracture of nanostructured Cu/X (X = Au, Cr) multilayers: The effects of length scale and interface/boundary. Acta Mater. 58 (2010) pp. 3877-3887.
　　[4] X. F. Zhu, Y. P. Li, G. P. Zhang, J. Tan, Y. Liu, Understanding nanoscale damage at a crack tip of multilayered metallic composites. Appl. Phys. Lett. 92 (2008) pp.161905-1~161905-3.
　　[5] Y. P. Li, G. P. Zhang, J. Tan and B. Wu, Direct observation of dislocation plasticity in 100 nm scale Au/Cu multilayers. Appl. Phys. Lett. 91 (2007) pp.061912-1-061912-3.
近期国际国内会议报告或任职：
　　中国材料研究学会疲劳分会理事，EuroSIME系列会议技术委员会委员；
　　近期分别在Gordon Research Conference on Thin Film and Small-Scale Mechanical Behavior（2010）、The 2th Japan-China Joint Symposium on Fatigue of Engineering Materials and Structures （2011）、The 4th International Workshop on Materials Behavior at Micro- and Nano-Scale（2011）、中国力学大会（2011）、中国材料研讨会（2012）、The 4th International Workshop On Materials Issues for MEMS/MST Devices (2012)等国际国内会议上做邀请报告。
近期获得专利：
　　(1) ZL 2006 1 0047538.3（发明专利）：薄膜材料电热力耦合作用下性能测试系统及测试方法；张广平 张滨 于庆源
　　(2) ZL 2008 1 0228254.3（发明专利）：柔性电子基板上薄膜材料可靠性原位测试系统及方法；张广平 朱晓飞 张滨
　　(3) ZL 2008 1 0011238.9（发明专利）：薄膜材料动态弯曲疲劳性能测试系统及测试方法；张广平 朱晓飞 张滨

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近年来，新能源、人工智能及信息通讯等领域的快速发展使得相关器件尺寸不断微小化，器件所用材料的特征尺度也不断向亚微米甚至纳米尺度减小。然而，这些微纳米尺度材料在长期服役过程中的疲劳可靠性已成为业界关注的焦点。值得注意的是，由于受几何尺度的限制，疲劳加载下的微纳尺度金属材料内部无法形成如传统疲劳理论认为的可引起疲劳损伤的微米尺度典型位错组态（如位错墙结构等），传统疲劳理论已无法描述微纳尺度金属疲劳行为。澄清微纳尺度（几何尺度1 μm）金属材料疲劳损伤微观机制，建立新的疲劳理论已成为目前疲劳研究领域中有待解决的基础科学问题之一。

         近期，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心的张广平团队在前期微纳尺度金属疲劳行为研究的基础上(Acta Mater. (2006)、Nat. Commun. (2014)、Mater. Res. Lett. (2017)、J. Mater. Sci. Technol. (2021)、Adv. Mater. Tech. (2022))，发现无典型位错组态出现的微纳米厚度Au薄膜仍会出现疲劳挤出/侵入的循环应变局部化行为（图1）。有趣的是，微纳尺度Au薄膜的相对疲劳挤出高度是随其几何尺度减小而增加的，甚至比对应块体粗晶材料高出近两个数量级，而其疲劳性能却明显优于块体粗晶材料。结合疲劳损伤的截面观察和空位缺陷的表征与理论计算，该团队揭示了微纳尺度金属疲劳过程中位错交互作用产生的空位及其扩散对疲劳挤出/侵入形成的作用机理，阐明了微纳尺度金属中空位辅助疲劳挤出/侵入生长及疲劳损伤的物理机制（图2）。这一空位主导的微纳尺度金属疲劳损伤机制的发现不仅将金属疲劳理论从宏观尺度扩展到微纳米尺度，且为诸如新能源器件用复合集流体、柔性电子器件以及微机电系统机械部件的疲劳可靠性设计提出了一种基于空位行为调控的界面工程策略。
       相关结果以“More severe surface relief but stronger fatigue resistance at small scales: vacancy-assisted fatigue damage mechanism”为题，在Acta Materialia 274 (2024) 120028上进行了详细报道。沈阳材料科学国家研究中心的陈红蕾博士为论文第一作者，罗雪梅项目研究员和张广平研究员为共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、金属研究所“引进优秀学者”项目、中国科学院B类先导专项等项目资助。