不忘初心 师德贯焕丨杨振国教授专访——践行五维育德 心系国家社会 做开拓进取的新工科人

作者:发布时间:2019-06-17浏览次数:97

杨振国

复旦大学博士生导师、二级教授



学术任职

现任中国科协全国金相与显微分析学科科学传播专家团队首席专家,中国机械工程学会失效分析分会失效分析专家,上海市安全生产核心专家,中国机械工程学会失效分析分会副理事长,中国电子电路协会全印制电子分会副会长,中国机械工程学会、中国体视学学会、中国表面工程协会理事等。



研究领域

主要从事失效分析、复合材料、印制电子等研究。

  

学术成果

曾获省部级科技进步奖、技术发明奖11项,上海市教学成果奖1项,授权国家发明专利20余项,发表国际期刊SCI论文100余篇; 主讲的《材料科学导论》、《材料失效分析》两门课程获评为上海市精品课程,培养和指导研究生80余人;在核电、火电、风电、石化、化工、冶金、汽车、电子电路、市政管网等行业承担完成重大工程失效分析课题100多项,连续6届应邀在每2年举行一次的“全国失效分析学术会议”作大会报告。


采访实录



1、请问您的研究方向是什么?这些研究在生活中有哪些方面的应用?


      我们课题组有三个研究方向:失效分析、复合材料、印制电子这三个研究方向都是为顺应国家经济建设和重大工程需求而设立的,但主要研究方向还是面向工程的失效分析,目前已承担完成核电、火电、风电、石化、化工、冶金、汽车、电子电路和市政管网等九个行业委托的重大工程失效分析项目100多项。借助复旦大学的综合性学科平台,我们分析解决了一系列重大工程的失效问题。复合材料和印制电子是我们基于材料失效机理而提出的预防措施所开展的专用材料的制备。其中,开发的耐磨耐蚀三元复合管系列产品在火电、石化、化工、冶金、核电等五个行业获得了批量应用,印制电子标签产品在物流、展会等行业得到了小批量应用。

      除开展失效分析外,我们还致力于失效分析的学科建设和发展,可以用“一二三四五六七八九十”来概括已有的工作。

     “一”是给出了材料失效的新定义。失效是指产品因外观形态或微观结构发生变化而不能达到设计规定的功能。这个新定义适用于所有工程材料的失效描述,包括结构材料和功能材料。

     “二”是发现了两种新的失效模式。虽然断裂、腐蚀和磨损是国内外公认的三种失效模式,但是否适用于功能材料未能得到验证。通过分析和比较,发现并命名了两种新的失效模式,这就是畸变失效模式和衰减失效模式。

     “三”是提出了“3P”安全保障新理念。这是为确保构件在全寿命使用周期内的安全性而提出的新概念。3P的英文全称是PreventionProtectionPrediction,即预防、防护和预测,这是把传统的设计安全模式转变为现代的安全设计模式。

     “四”是基于材料的损伤行为,提出了不同尺度下的损伤特征的描述法即劣化、退化、脆化、老化。

     “五”是把构件分为五种类型即零件、部件、组件、元件、器件。通过合理分类和界定,从而把结构材料和功能材料统合为一体。

     “六”是提出产品的六品分类法也就是制品、成品、半成品、物品、次品和废品。

     “七”是依据材料失效分析的教学经验和实践,凝炼出七性案例教学法这就是知识性、思想性、趣味性、逻辑性、前瞻性、实用性和互动性。

     “八”是评判失效分析的有效性可以归结为八字诀:快速、正确、简单、有效也就是开展的失效分析必须是既快速又正确,而提出的预防措施必须是既简单又有效。

     “九”是承担完成了九个行业委托的各种类型的重大工程失效分析项目,主要涉及核电、火电、风电、石化、化工、冶金、汽车、电子电路、市政管网等行业。

     “十”是构建了工程构件失效原因的鱼骨图综合分析法,考虑十大因素引起构件的失效这就是设计、材料、制造、安装、检验、运行、维护、环境、贮存、运输。

  

2、在您求学的过程中,遇见了哪些对您产生深刻影响的老师?他们对于您之后的学习/工作有什么影响?


      影响最大的当然是我的博士生导师琚定先生。他们那一代人做事非常认真和踏实,尤其在待人接物方面对我起到了很好的榜样作用。琚先生是四十年代从美国归来的留学生,他一直倡导高校的首要任务是教书育人,这个理念对我影响很大他认为在高校工作不仅要做科研,更要承担教学,必须花精力教好书。他要求我做科研不仅会写文章,还要理论与实践相结合,解决工程实际问题,为社会和工业服务,我现在开展的许多面向工程的失效分析工作真的是来自于琚先生的教诲和鞭策。

      另一位让我印象深刻的是德国的Prof. Kh.G. Schmitt-Thomas。我在慕尼黑技术大学以客座教授身份曾协助他指导了二名德国博士生:Dr. R. MalkeDr. T.Hiermer,合著发表了3篇失效分析的SCI论文。Prof. Schmitt-Thomas是国际知名的失效分析专家,出版学术专著3本,但他每年为本科生授课并且创办公司,经常去现场帮助企业分析构件的失效问题。他多次告诉我失效分析工作责任重大,任何重要的失效分析项目必须自己亲自到现场调查和取样我有时到他开办的公司去分析样品,看到他亲自在扫描电镜室里观察样品,其一丝不苟的认真态度让我铭记在心。榜样的力量是无穷的,受了他的影响,我回国后承担的100多项重大工程失效分析项目,每一项都是亲临现场取样、每一个失效件都是亲自观察和分析,所得结论都被企业所采纳,为企业恢复安全生产尽到了应有的责任。

      还有一位对我影响颇大的是来自于企业界的中国电子电路行业协会原总工程师姚守任教授级高工。姚老虽然年逾古稀,但坚持查阅国内外文献并做简报,多次参加该行业协会会议聆听他的发言时总是受益良多。有一次我去北京专程到他家登门拜访,他拿出多本自己做的科技简报小册子,向我介绍行业发展动态如数家珍,让人耳目一新。姚老对行业动态的精准把握、热情关注行业的可持续发展、为企业的发展献计献策,以及他对事业的追求和工作认真负责让我肃然起敬,我课题组印制电子方向的产生其实也与他有关。记得2006年夏季,中国电子电路行业协会原秘书长王龙基先生、秘书长张瑾女士、姚老、林金堵教授级高工等来到复旦大学就产学研合作进行调研和洽谈,交谈中姚老提到了近年国外刚兴起的一种称为Printed Electronics技术,讲到是否可推广应用于印制电路板。我们当时正好在开展高端印制电路板的失效分析,便认真查阅了国外文献,发现这是一种采用加成法工艺制备电子电路的新技术,现称之为增材工艺或更通用的叫法是3D打印工艺。于是,2008617日我受《中国电子报》之邀,在该报发表了一篇题为“一种面向印制电路板的全印制电子技术”的文章,率先向国内同行介绍了国外正在兴起的加成法新技术。后于2011311日在《中国电子报》又发表了“ 产学研合作对推动我国全印制电子产业发展的意义”的文章,着重讲述产学研合作的重要性及其工程价值,以及我课题组与企业合作采用加成法工艺研发成功的新型印制电子标签产品,20113月举行的中国电子电路行业协会春季论坛的所有代表证、注册证、通行证全部采用了我们开发的印制电子标签进行人员识别和确认。这里要感谢一下姚老当时给予我的启发。

      因此,琚先生Schmitt-Thomas教授姚守任先生他们对我日后的教学科研以及新方向开拓都给予了很大的启发和指引,在潜移默化中对我产生了积极影响和指导作用,我非常地感激并感恩他们。

  

3、请问是什么让您进入材料失效分析的研究领域呢?是什么原因让您对复合材料、印制电子的研究产生了兴趣?


      我是1988年博士毕业的。当时中国最大的石油化工企业——上海金山石化总厂在石油炼制、聚乙烯等生产装置中,一些工艺管道和长距离输送管道在例行检测中发现存在许多超标焊接缺陷。按原中国石油化工总公司当时制定的“两规一制”质量管理要求,即压力容器设计规范、压力容器设计规定和压力容器管理制度,这些含超标缺陷管道都必须更换,而企业根本无法完成。因而,在役含缺陷管道的安全管理是用质量控制标准处理还是用“合乎使用”(Fitness for Purpose)处理,那时众说纷纭,认知不一。若按照传统的质量控制标准处理,含缺陷管道必须全部修复或更换,费用巨大,并需二次焊接。而沿海地区由于潮湿且高盐份环境,焊接过程极易产生新的缺陷,如何开展在役含缺陷管道的安全评定成为当时亟待解决的工程难题。

      当时国内很少有人开展在役管道焊接缺陷安全评定的研究,我1988年博士毕业后就直接承接了这项艰巨的任务,综合性地运用美国石油学会API1104-1983标准,以合乎使用为原则,率先在国内对几十公里长的输送管道焊接缺陷开展了安全评定,最后得出除极少量管道需修复外大多数管道无需修复和更换的结论,研究结果被上海金山石化总厂全部采纳,避免了大量管道的返修或更换,节省了极大的维护费。并且在研究中发现,管道最易泄漏的部位是弯管、三通管、变径管和管配件连接处(比如泵、阀等)。我以前学的是化工机械,侧重于设备的设计、选材、制造、安装、检验和分析等,而从这个实际课题开展中体验到材料知识和材料研究对保障管道的安全是多么的重要,于是从机械转向了材料,研究管道表面涂层的制备及其防护工艺,使管道内介质流向发生改变或腐蚀和冲刷共存的地方也不会发生过早的泄漏失效。因而,就有了研制成功并批量应用的耐磨耐蚀三元复合管系列产品,这是针对材料失效机理提出的预防技术而开发的新型复合材料。

      如果说三元复合管道是结构复合材料的话,那么印制电子则是功能复合材料。前面提到过,自2006年起我课题组就在为企业帮助开展印制电路板和微电子器件封装的失效分析,当时体验到所有的印制电路板及其微电子器件都是采用蚀刻法工艺、也就是行业称之为减成法工艺制备的。这种常规工艺虽然成熟,但存在生产工序多、材料消耗大、废液排放高、环保压力重等缺点。是否可以采用加成法工艺即现在称之为增材工艺或3D打印工艺来制备呢? 我课题组进行了探索和研究,于是便形成了印制电子方向。其实,复合材料、印制电子这两个研究方向都是基于材料失效机理而提出的预防技术所逐步形成的,是从工程实践中凝练出来的。因此,产学研合作对于研究兴趣、学科开拓和成果推广都是相当重要,是一种很接地气的现代合作模式。



4、您所教授的课程中,获评上海市精品课程、上海市重点课程,请问您在教学培养过程中,对自己、对学生有何要求?


      我一直认为教书育人是教师的本份工作,也是为国家培养人才应有的职责教学只有一分耕耘、一分付出,才会有一份收获。然而,如何将自己的经验体会和见识认知在教学中传递并分享给学生,让学生受到启发、少走弯路并激发学习兴趣,是老师需要认真思考和解决的问题,也是教学方式的必要探索。


      我坚持每年为学生讲授三门课程,在教学经验总结基础上,形成并提出了七性案例教学法,这就是前面提到的知识性、思想性、趣味性、逻辑性、前瞻性、实用性和互动性。其中,知识性是按照教学大纲要求完成规定的科学知识点的讲授,培养学生的学习能力;思想性是针对书本上的一些基本概念,从不同视角进行诠释和质疑,促进学生的批判质疑能力的提高;趣味性是对相关的基础理论知识,采用通俗语言解释深奥的专业术语,陶冶学生的幽默能力;逻辑性是内容阐述必须层次分明,清晰论述概念与理论之间的内在关系,训练学生的科学思维能力;前瞻性是针对课程内容的学科特点,及时介绍研究动态和发展趋势,激发学生的创新能力和探究能力;实用性是采用精心遴选的工程案例,介绍理论应用于工程的成功实例,增强学生的实践能力和动手能力;互动性是强化课堂的提问,活跃教学气氛,提高学生的参与度,锻炼学生的表达能力和思辨能力。因此,七性案例教学法的灵活应用,可以促进教学质量的提高,培养和提升学生的综合能力,从而基本克服了常规教学中普遍存在的授课方式单调、理论实践脱节、质疑能力不够、综合教育欠佳等问题,督促学生主动学习,具有社会责任感,学会独立思考和探究,从而有效培养和提高学生的综合能力与综合素养。因此,我看重教学工作,努力把课程讲好,让学生受益,获得启发,更好地健康成长和发展。

      另外,我们常说“教学相长”。最近,我在中国机械工程学会理化检验学会的高级培训班作专题讲座时,有学者问起我的有关失效分析新诠释的那些想法是怎么产生的。我的回答,是复旦学生善于提问,所以我必须对一些基本概念进行认真的推敲和凝练,从而产生了一些新概念,并不断完善和发展它们。教学和科研是相辅相成的,既可以以研促教,反过来也可以以教助研, 两者是不能偏废的,应该并重。

      当然,就学生而言,必须善于学习、勤于思考、博览丛书,不能仅仅是一本教材,应尽可能多地阅读一些国外参考教材。更重要的要有批判质疑精神,探索求真,这样才会有创新力和新视角,综合能力才会得到有效的提升。

  

  

5、无论是在学术研究还是工程应用,您的课题组都表现的十分优异。您的课题组是如何践行“新工科”理念的呢?


   “新工科”这个新名词实际上是为了顺应当今的新经济、新行业的出现而提出的。新经济是指互联网经济,新行业是指人工智能、智能制造、功能电子器件、增材技术等。很明显,新工科就是综合性的交叉学科。从材料的角度来看,新工科与材料研发密切相关,因为新经济和新行业的产生,还有产业的升级都离不开新材料的开发与应用。从信息社会到智能社会,诸如智慧城市、物联网、5G移动通信技术等的崛起其实都是依托于材料的进步才能建立和发展起来。

       具体来讲,新工科的发展主要涉及功能电子材料和器件的研发与应用,同时也涉及功能电子材料在新产业应用时的安全性和可靠性。因此,在新工科的背景下,我们课题组一方面将着重开展非金属材料、复合材料、功能电子材料等的失效分析,另一方面在原有印制电子研究基础上,研发一些新颖的加成法制备工艺。比如,使用改进的模板技术或光刻技术制备功能电子器件,用加成法工艺制备更精细的导电线路,满足智能制造中的器件需求。同时,制备可弯折的柔性导电线路和可拉伸的导电弹性体材料,针对高端医疗器械和智能电子器件进行新材料的研发。


  

6、课题组内有哪些令您印象深刻的人或事?这些人有哪些特质,他们现在的发展方向是什么?


       我们课题组的研究特点是交叉性、综合性,人员组成也是这样。在课题组中,我奉行的理念是“以人为本、兴趣为重”,每个学生的课题基本上是基于其兴趣爱好和人生规划而制定的。课题组里大家各自目标明确,探索自由,互帮互助,科研氛围比较和谐和融洽。


       在这样的科研环境下,课题组里涌现了不少令人满意的人和事。

      龚嶷博士就是交叉性、综合性的典范。他从企业再回到复旦任教,科研有计划又细致,学生工作也做得不错。他在硕博攻读期间开展失效分析研究,共发表9SCI论文。最近,他在第25届国际热处理与表面工程联合会大会失效分析专题论坛宣读的论文被评为青年优秀论文奖,同时获得国家自然科学基金青年基金项目。他还兼任材料系的研究生辅导员,被评为复旦大学十佳辅导员、优秀党支部书记等,而他所带领的班级和党支部也荣获复旦大学优秀集体标兵等。

      唐晓峰博士毕业后选择自主创业,从事功能材料与器件的开发,新产品持续推出,成绩突出。他先后荣获上海市“两新”组织优秀共产党员、上海市青年五四奖章、上海市创新创业英才等荣誉称号,创业公司也获得了上海市高新技术企业、上海市专精特新企业等荣誉。

      常煜博士在攻博期间荣获全国大学生挑战杯一等奖、全国创新创业大赛金奖,拥有9项发明专利。现在他带领自己的团队继续从事功能电子器件的开发和应用。

      邰艳龙博士是我课题组第一个从事印制电子方向的博士生,毕业后先后去美国、德国、沙特等从事6年博士后研究,在Advanced MaterialsACS NanoAdvanced Functional MaterialsSmall等知名学术期刊以第一作者发表SCI论文30余篇,申请美国/国际专利4项,受邀参加国际学术会议和报告8次,研究成果多次被国际知名媒体重点报道。

      郭伟明博士在读博期间在国际期刊发表SCI论文8篇,2013年博士毕业后进入广东工业大学任教,由于在功能陶瓷材料开发方面取得突出成绩,他在 2018年初就破格晋升为正教授。

      孙斓珲博士是我课题组第一位女博士,读博期间主要从事先进复合材料的开发与性能研究工作,共发表了6SCI论文,为后来进入课题组的师妹们做出了榜样。

      杨超博士读博期间一直担任本科生辅导员,拥有5项发明专利,发表6SCI论文,也做到了学工、科研两方面都不误。

      陶宇博士现为副教授。他是在职博士生,主要研究微电子器件封装导电胶及其聚合物粘接剂,他读博期间共发表7SCI论文,并申请到国家自然科学基金青年基金项目的资助。

      还有我课题组的第一位博士生——王宇飞博士。他从事汽车结构件的数值模拟分析,目前在DowDuPont公司担任仿真和设计部门的亚太区技术经理,上两周还邀请他到材料系做了计算机仿真模拟分析的讲座,让学弟学妹们开阔远见,了解社会的需求。

      此外,课题组里一些硕士生也有亮丽表现。毕彤彤在专硕的两年时间里就发表了SCI论文,拥有发明专利1项,并荣获“首届全国失效分析大奖赛”唯一的特等奖,综合能力突出。丁群在硕士三年里参与完成了7项重大核电装置的失效分析项目,有助于确保相关机组的安全运行,并由此发表了4SCI论文,表现突出。现在课题组里就读的杨晓蕾,本科期间就发表了SCI论文,并荣获“第二届全国失效分析大赛”唯一的特等奖。另外,课题组还有毕业后进入国家科技部工作的、硕士期间发表2SCI论文的王冬雨,硕士阶段发表3SCI论文的陈飞珺,读研期间发表3SCI论文、毕业后进入外企担任高管的陆倩淑等也是可圈可点的。

      还有不少学生也相当优秀,限于篇幅原因,这里不一一列举了,我为课题组学生们取得的成绩和现在的持续进步表示由衷的高兴和欣慰。




7、现在新生入学不久,您对于进入课题组的研究生和有科研愿景的本科生分别有什么建议?


      对本科生而言,有两点比较重要,一是不忘初心,二是善于交流。

      不忘初心就是要有自己的理想和梦想,人有了追求,学习才会有动力和活力。现在的本科生在计算机操作能力、外语能力、综合能力方面相对于我们那一代都要好,因而只要人生规划好,就应该能超越我们,要有这个自信。当然,千里之行始于足下,刻苦学习和不断进取是重要的前提。

善于交流就是在明确自己的研究方向后,多与相关课题组的老师、学长、学姐交流,他们都会自然地与你讲一些个人体会,这对个人的快速发展是比较重要的。

      对于在读的研究生,则要勤奋求实,脚踏实地做好每一项科研工作。

      现在的科研不像过去那样容易出成果,若要出成果大多是交叉性的,交叉性就要求学生的知识面宽广,有所探究才会有所发现、创新和突破。尤其在研究过程中,要善于学习、不断学习、创新学习和快速学习。

      还有,科研并不是一蹴而就的,有时会遇到一些挫折。要牢记失败是成功之母,这时需要多与老师以及年长一些的研究生多沟通、多交流,启发新思路,直至有效地完成既定的研究任务。

  

  



录音整理丨包戬 陈蕾 黄可依 王丛欢

视频剪辑丨陈 蕾

编辑排版丨王丛欢