2021年5月25日上午，“中国上海”网站公布了《上海市人民政府关于表彰2020年度上海市科学技术奖获奖人员（项目）的决定》。根据《上海市科学技术奖励规定》，通过市科学技术奖评审委员会评审，市科学技术奖励委员会审定，上海市政府批准，2020年度上海市科学技术奖授奖281项（人）。

其中，上海市人大常委、致公党上海市委副主委、上海大学省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室主任任忠鸣，以及李喜、钟云波、王江、雷作胜5人为主要完成人的《电磁场调控金属结晶微观组织机理 》项目，荣获上海市自然科学奖一等奖。

任忠鸣（中）团队

冶金是国民经济发展和国防建设的基础，直接决定着高品质金属材料的发展。大多数金属材料都是由包括金属液凝固和析出结晶在内的金属结晶过程生产的，金属结晶决定着金属材料的生产效率和品质性能。但如何调控结晶过程，传统手段已趋极限。电磁场具有独特的无接触力-能-热效应，可直接作用于原子、分子甚至电子等微观尺度，且金属具有良好的导电性因而对电磁场具有良好的响应特性，因此利用电磁场调控金属结晶过程成为极具潜力的重大基础方向，其中蕴含着深刻的理论机制，也有望形成突破性的冶金工程技术。因此该方向的研究无论是对于冶金领域还是高品质金属材料制备领域，均具有重要的战略意义。此次获奖的《电磁场调控金属结晶微观组织机理 》项目二十余年围绕金属结晶的磁场调控机理开展研究，取得突破性成果如下： （1）建立了磁场下金属结晶过程中多尺度热电磁（thermoelectric magneitic, TEM）流体力学和组织演化机理模型。利用同步辐射原位首次证实了静磁场下金属液凝固时存在强烈的热电磁流动（TEMC），进而基于流体力学原理建立起热电磁流体力学理论模型，揭示了热电磁流的多尺度效应与极值原理。同时首次发现TEMF力在晶体中产生可观应力，该应力造成结晶液固界面失稳（ATG失稳）和枝晶断裂，多尺度结晶组织均发生改变，阐明了磁场下合金凝固过程的传输行为和凝固界面演化机制，丰富了晶体生长理论，并发明了磁场控制结晶微观结构的技术。 （2）发现了磁场控制结晶取向新机制。首次在弱磁金属中发现了磁场影响结晶取向，进而探明了磁场影响晶体界面能，基于晶体生长的Wulff原理，耦合磁场、温度场、重力场，建立了磁场影响晶体取向模型，深入分析了磁场与温度场协同作用控制晶体取向和相迁移规律，阐明了磁场下晶体在熔体中取向和相迁移机制；发明了制备各向异性材料的方法。 （3）阐明磁场下金属电结晶界面微观磁流体力学（magnetohydrodynamics, MHD）作用机理。通过直接观测磁场下电结晶过程，发现了电结晶中的微观磁流体运动，进而建立了磁流体力学理论模型。对微观磁流体力学和传输进行了分析，揭示了磁场与界面附近电流相互作用导致微观磁流体流动，进而影响极化和电荷传输的机制，表明磁场导致微观流动，提高沉积电流、沉积效率和第二相颗粒的含量，细化沉积的晶粒并改善表面形貌。磁场同时强制晶体的排列方向，因而显著提高材料的性能。 该项目在国家自然科学基金重大项目、杰出青年基金、重点项目以及973 课题等资助下，在冶金国际知名期刊Acta Mater., J. Alloy. & Compd., Metall. Mater. Trans. A等上发表SCI论文360余篇，引用4000余次，撰写专著5部。该项目5篇代表性论文总引388次，他引254次。基于该项目研究做国际学术大会主旨报告18次，组织国内外学术会议10次，授权发明专利6项。获省部级科技一等奖1项，二等奖1项、法中奖1项(中法国际合作)。获全国百篇优秀博士论文奖1人，提名奖2人。代表论文1为<Acta Materialia>引用前50论文。 国际金属凝固结晶权威瑞士W. Kurz 院士和美国Trivedi院士等高度评价（Acta Mater. 2009, 57, 941）该项工作：“是近十年来本领域的重要进展（The use of magnetic fields in experiments designed to understand the role of the convection during solidification has resulted in significant progress during the past 10 years）”。

供稿来源：上海大学材料科学与工程学院   转自：上海致公