沙闻浩

材料学对人类社会的发展有着十分重要的意义。人类发展史上的几次重大变革与新材料的出现是息息相关的。材料可以简单的分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料。不同材料有着不同的性质，有着不同的长处。有些材料强度高却韧性差，有些材料韧性好却强度差。有的时候我们希望，有那么一种材料强度很高，又不那么脆。复合材料便是这么一种材料，它将两种或多种材料结合在一起，取其长处，其避短处。而梯度功能材料也是如此。我觉得这种交叉融合的科学创造行为是一种美。

从专业的角度来说，梯度功能材料与复合材料在微观组织和宏观组织方面都有着不同之处。但两者都是通过结合不同材料的优势去达到单一材料所达不到的性能。这正是本文想要强调的内容。

梯度功能材料梯度功能材料属于复合功能材料，但具有其独特的性质。它两端是两种不同材料。它的性能沿厚度方向梯度变化，充分利用了两种材料的优势而避免了材料结合的性能不匹配因素。

说梯度功能材料是某个人创造的是不恰当的。它是一个概念，一种材料，是诸多科学家在面对不同需求时创造的不同材料。它的概念是1972年，被Bever和Duwez首次提出的。它的发展是之后许多科学家的共同努力。1987年，被日本列入研究计划，它引起了许多国家和机构的重视，并在之后的研究中不断取得重大进展。日本对功能梯度材料的研究是比较早的，上世纪九十年代，日本东北大学金属材料研究所便研制出SiC-C系功能梯度材料，其厚度为4毫米。在1987年之后的几十年中，功能梯度材料的世界可以称得上是日新月异，不同国度，诸多材料研究者得到了很多新的成果。我国功能梯度材料的飞速发展是从1990年开始的，许多高校和研究所奉献了很多力量。各种成果便如雨后春笋般纷纷出现。国内的很多单位在很多方面，都取得了不错的成果，其中的一些成果已经得到了应用。

我在本科期间做过一种功能梯度材料。我做的是ZrC-Mo体系梯度材料。高速飞行器目前收到了越来越多的关注，但是传统的放热材料无法在超高温的条件下工作，限制高速飞行器的发展。在这种背景下, ZrC作为热防护材料被广泛应用于各种高温结构件中，其优良的导热性能和导电性能还使得其作为一种涂层材料应用于发射器涂层、核燃料颗粒涂层热光电辐射涂层。但是这种材料的韧性不够，限制了它的应用。Mo具有很高的韧性，因此将它们结合在一起就可以得到耐高温且高韧性的材料。

我觉得新材料的过程中是充满美的。当然，我要先具有一定的基础，知道什么样的材料是美的。创造新材料要懂得材料的基本性质，什么物质是硬的？什么材料能导电？那些材料能复合在一起？基础知识是创造的基础。新材料，“新”之一字就代表了它需要在原有的基础上进行创新。这个过程是充满美的，这个过程十分自由。物质原料、制备方法，你有着足够的自由去选择。材料制备需要遵循“基本法”，而新材料又往往是突破想象的。比如，我们知道气体是摸不着的，但是新的气凝胶材料是坚固耐用的固态材料。气凝胶百分之九十多的组成部分都是气体。不受限制，大胆猜测，直觉判断，我觉得这个过程是充满美的。

功能梯度材料更是充满着美。首先它突破了单一材料的限制，将不同的性能组合到一起。材料学并不都是非此即彼的，这种相互交融正是功能梯度材料的一种美。梯度功能材料的组成判断很多时候需要一种“直觉”。在你明白所需求得性质时，高明得材料学家能够在脑海里瞬间出现很多种组合情况，略微思考，便会得到一种可能得组合。而这种组合，有很大概率是可以实现得。这种直觉判断便是一种美的体现。

在我自己制备一种功能梯度材料的过程中，我也深深体会到了科技创造过程中的美。有些组合你觉得它是合理的，实验证明它确实是合理的。但是仔细思考，你又不能一下子给出严密的科学解释。材料学中，审美直觉是非常有用有效的。

参考文献

〔1〕刘涛. 碳化锆基复合涂层结构与抗烧蚀性能研究[D].中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所),2018.

（作者：沙闻浩 中国科学技术大学 化学与材料科学学院）