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安希忠:小颗粒有大作为
2013-07-08 10:55:06   来源:   评论:0 点击:

      粉末颗粒堆积是粉末冶金中的一个重要问题。别看粉末颗粒小,时至今日,很多关于微小粉末颗粒的研究已经在航空航天、化工、土木工程、核工业、制药业、食品工业、复合材料、陶瓷材料及冶金等许多学科领域显现出大作为。
      小小颗粒,如何能发挥如此大的作用?其玄妙何在?在东北大学材料与冶金学院钢铁冶金研究所安希忠教授的研究世界里,我们可以很深刻地体会到新时代计算机仿真技术对小颗粒及粉体研究的奇妙推动作用。
颗粒仿真研究之路
       如何获得最大堆积密度和预测堆积密度,是研究粉末颗粒堆积的主要问题。具体而言,在粉末注射成形中,如何选择粉末以获得高的堆积密度从而提高粉末装载量是一个重要课题。同时,高堆积密度也是提高粉末冶金产品强度的一种重要途径。
        随着计算机技术的发展,科学家们开始采用仿真,即建立数学模型的方式来研究粉末颗粒的堆积问题,从而为该项研究打开了一条更为准确、便捷的研究之路。浪潮之上,激流勇进。立足国家需求,站在学术前沿,安希忠选择踏上这条机遇与挑战并存的道路。
        安希忠,博士,教授,1973 年生于辽宁省盖州市。2002年在北京科技大学获材料学博士学位;2003~2005年,他远赴澳大利亚新南威尔士大学从事颗粒堆积方面的博士后研究工作,期间参与完成了两个澳大利亚国家基金项目。正所谓“不积小流无以成江海,不积跬步无以至千里”,国内外长期不懈地学习和实践不仅帮助他在颗粒材料研究领 域打下了牢固的基础,还扩展了他的视野,提高了其敏锐捕捉国际学术前沿动向的能力。其中,他在颗粒堆积研究方面掌握了先进的知识,积累了丰富的经验,在多个方面取得了较为突出的技术专长,包括纳米及原子尺度的动力学蒙特卡洛(KMC)可视化模拟、基于分子动力学的离散元(DEM)数值仿真可视化与动力学研究、基于量子力学的密度泛函(DFT)计算;非晶态和晶态材料的数值构建及微观动力学研究、粉体及颗粒材料致密化的工艺优化、最密结构的数值和物理实现及致密化机理研究、碳纳米薄膜材料形成的动力学仿真等。
       2006 年11 月,羽翼渐丰的安希忠踏上了回国征程。以引进人才的方式正式受聘于东北大学材料与冶金学院钢铁冶金研究所,开启了他新一轮的科研征程。由此,他将主要科研方向锁定在颗粒、粉体及表面涂层材料的计算机仿真与物理实验方面,利用多年练就的专长,走出一条富有特色的材料研究之路。科学探索永无止尽,2009~2011年期间,他还多次以访问学者的身份赴澳大利亚新南威尔士大学进行学术访问和合作研究。
       一分耕耘一分收获,随着时间的累积,安希忠的颗粒材料仿真研究之路越走越宽。几年来,他作为项目负责人和主要完成人,先后承担和参与完成了国家自然基金、海外人才项目、省部级项目及企业项目十余项,其中作为项目负责人已完成和正在承担的项目有国家自然基金两项、省部级项目四项;2009 年入选辽宁省“百千万人才”百人层次;2010 年入选教育部“新世纪优秀人才计划”等。借助各个基金项目,安希忠收获了他主要的学术成绩。
 创新思维尽展颗粒魅力
      许多研究者在长期的研究中发现,粉末颗粒堆积受许多因素的影响,具有复杂性和非线性等特点。随着人类科技水平的日益提高,研究手段的日益进步,很多颗粒堆积的规律已经为人所掌握,但仍有很多难题有待于科学家进一步解开。仿真技术的发展为粉末颗粒研究提供了新的契机。而安希忠则擅长于结合自己这方面专长,用创新的思维去挑战难题。
        通过刻苦钻研,他首次通过基于分子动力学的离散元(DEM)计算机仿真和物理实验实现了同一尺寸球形粒子在振动条件下从随机松排(RLP)向随机密排(RCP)的转变以及从无序堆积向有序堆积的转变,两种情况下所获得的粒子最大堆积密度分别对应0.64和0.74,并分别从宏观和微观动力学的角度分析了两种致密结构形成的机理。所得的研究结果分别发表于两期物理学评论上(PRL,影响因子7.621)及在粉体及颗粒方面很有影响力的期刊《粉末技术》上,同时在期刊《计算物理通讯》《欧洲物理快报》《颗粒学报》以及《矿物冶金与材料学报》上也有多篇论文发表。成果一出,广获业界关注和好评。
        对单一尺寸球除了通过振动获得堆积密度介于0.6~0.74的许多高密度堆积结构外,安希忠通过与澳大利亚新南威尔士大学余艾冰院士颗粒系统仿真与模拟研究组的合作研究了介于0.2~0.6的许多低密度的堆积结构,这一系列堆积结构的获得为研究相图上不同物质的结构(如简单液体、非晶态及晶态)及其相互转变以及同一状态下的相变提供了宝贵的数据库,为实际无定形结构和晶态结构的获得及形成机理的研究提供了模型,具有重要的理论和实际意义;同时,对多元粒子堆积的数值和物理实验研究突破了单一尺寸球形粒子堆积密度的瓶颈,所获得的高密度无定形结构及不同结构的完美硬球晶对未来粉末冶金和陶瓷生产过程中结构稳定、应力分布均匀的高性能素坯的获得以及各向异性晶态功能材料的制备打下坚实基础。
      以上研究成果发表在多个高水平SCI及EI期刊上,其中在《物理评论快报》上发表的一篇论文被评为生物医学领域的前十名。并多次受邀在材料、颗粒与粉体领域的国际会议上做报告,同时申请国家发明专利2项,授权实用新型专利1项。相关研究成果还获得辽宁省自然科学学术成果奖二等奖2项,沈阳市自然科学学术成果奖三等奖1项,安希忠也因此多次受到学校及学院的表彰与奖励。
激扬青春书写范本
       粉末颗粒虽小,但其巨大潜力让安希忠置身其中乐此不疲。科研之外,他还作为我国颗粒及粉体领域的青年科学家,积极投身到各项专业交流活动的组织工作中去。包括多次参加国际和国内的学术会议,赴国外进行学术访问和寻求科研上的合作,也邀请国外相关领域专家学者到东北大学进行学术访问和交流,同时委派课题组的研究生赴国外高校进行合作研究等。
       现在,安希忠一身兼任多种社会职务,包括中国材料研究学会高级会员、中国颗粒学会会员、中国科技论文在线论文评审专家、《中国粉体技术》和《材料科学》期刊编委、《钢铁研究学报》《粉末技术》《软物质》等国际知名期刊的论文评审人;国家自然基金项目评审专家等。虽然科研占去了他大部分时间,但他依然尽力百忙之中抽出时间去做好各项事务。2010和2011 年,又分别获教育部《中国科技论文在线》优秀论文评审专家。
        此外,安希忠教授还有一项重要职责,即“园丁育人”的角色。他指导研究生多名,为本科生开设双语教学课一门,名称为“Powder Technology in Iron and Steel Making(钢铁制造中的粉体技术)”,主要以英文授课。除了粉体和颗粒堆积领域的必要基本知识,授课内容还包括让学生了解这一研究领域的世界发展前沿,进而将“粉体与颗粒技术”这门交叉学科与自己的专业及未来研究领域很好地结合到一起。安希忠教授一方面进行生动的课堂讲解,一方面经常邀请国外的相关专家学者为学生做学术报告,取得了很好的教学效果,深受学生的喜爱。2011年,被授予中国“招金集团”奖教金和东北大学“优秀班导师”称号。
       青春应该是怎样度过的?安希忠教授用年轻人特有的热情和少有的刻苦书写了来自他的范本。

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