【奖励聚焦】2019年度中国力学学会优秀博士学位论文获奖人介绍：张璇

　　张璇，博士，女，德国莱布尼兹新材料研究中心（Leibniz Institute for New Materials）博士后、德国洪堡学者。本科与博士研究生均就读于清华大学，分别于2013年获得工程力学专业本科学位和计算机专业辅修学位，2018年获得固体力学专业博士学位，曾于香港大学访学，并在加州理工学院开展为期一年的访问研究。2019年度中国力学学会优秀博士学位论文奖获得者。主要从事于拥有优异性能的力学超材料与粘附力学、微结构设计等领域的研究，构建并系统研究了具有超高强度纳米点阵碳结构、具有克服强度-可恢复性相互制约的点阵结构以及耐高温弹性陶瓷多孔材料，并深入揭示了这些材料的微结构与整体力学性能特征。现已在Nature Nanotechnology、PNAS、Science Advances等学术期刊发表学术论文12篇。

　　三维微纳米点阵和多孔材料具有高比刚度、高比强度、良好的弹性以及高能量吸收等优异的力学性能。如何制备具有更为优异力学性能的新型三维微纳米点阵结构和多孔材料具有非常重要的科学意义和工程价值。本文采用新材料、优化的拓扑结构和先进制备工艺制备了两类新型微纳米点阵结构材料和一类纳米陶瓷纤维海绵材料，并利用原位电镜力学实验、理论分析和分子动力学模拟相结合的方法，研究这些结构材料的微结构、力学性能和变形机制，以及它们之间的关联。

　　通过双光子光刻和磁控溅射技术制备了高熵合金-聚合物纳米点阵结构。原位电镜力学测试表明：该纳米点阵结构克服了早先纳米点阵结构的强度与可恢复性之间的相互制约，兼具高比强度、高吸收能率推荐阅读：kappa，高能量损耗系数，且在最大压缩应变达到50%时，卸载后能够几乎完全恢复。此外，分析了单胞尺寸和高熵合金薄膜厚度对纳米点阵结构力学性能的影响，结果表明：当薄膜厚度介于14.2-50.0 nm之间时，纳米点阵结构的比模量和比强度达到局部最优。这一最优结构设计与整体结构的变形机制从局部屈曲到脆性断裂的转变密切相关。

　　采用双光子光刻和高温热解两步法制备了Octet型和Iso型两类拉伸主导的热解碳纳米点阵结构。该纳米点阵结构中单根杆件的直径介于261.2-678.7 nm之间。原位和离位压缩实验表明：该点阵结构在密度为1.0 g/cm3时，压缩强度可高达1.9 GPa，以致于其比强度高达1900 MPa g-1 cm3。热解碳纳米点阵结构突出的力学性能与其组成材料是密切相关的。为此，进一步表征了热解碳的微结构和力学性能。基于扫描电镜观察，热解碳由尺寸为1.0-1.5 nm的弯曲的单层石墨烯聚集而成。原位电镜拉伸/压缩实验表明：热解碳材料具有超高的强度、高弹性极限、低密度、高比强度等。大规模分子动力学模拟结果表明：兼具面内高强度和面外大变形的初始微结构单元决定了材料具有上述优异力学性能。

　　通过气纺丝制备的多种陶瓷纳米纤维海绵孔隙率高达99%，密度仅有8-40 mg/cm3。其基本组成单元为平均晶粒尺寸低于10 nm、直径为~100-200 nm的纳米纤维。实验表明：从室温到~1300 C，纳米纤维海绵材料均具有良好的弹性，三种能量耗散机制包括纳米纤维塑性变形、断裂和摩擦滑移。分子动力学模拟进一步揭示了高含量的晶界能够承受较大的塑性变形，因此TiO2纳晶在拉伸和压缩加载下均具有优良的变形能力，从而使得由其组成的纳米纤维海绵获得良好的弹性。

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