姓 名: 解德刚
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专业方向: 环境介质中材料的微纳尺度行为
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研究领域或方向:

利用先进的原位环境透射电子显微术,在原子尺度到微米尺度上研究材料在多场耦合条件下(力,热,电,气)的行为规律。

目前,材料在多场耦合下的性能变化及其内在机理是一个亟待解决的重大共性技术难题和多学科挑战,是实现高性能材料从传统的“试错法”向基于科学原理的理性设计必须跨越的鸿沟。以结构金属的热处理和热加工为例,工艺改良传统上主要依赖“试错法”的经验积累,时间成本和经济成本高昂,效率低。系统定量地研究各种基本材料组织对温度/载荷变化的响应行为能够为热处理/热加工的工艺优化提供更精准的指导。对于一些新兴的材料强化方法上,不论是以激光冲击强化为代表的表面强化技术,还是引入严重塑性变形的各种组织强韧化技术,其本质也都是基于对材料内部微观组织缺陷的调控。例如,近期金属领域的几个重大成果也都表明,只有通过精确控制温度、合金成分和变形加工条件来调控金属内部的位错、相变、析出相等微观组织结构,使数种强韧化机制协同生效,才能减轻甚至突破倒置关系的限制,实现材料的超强超韧化。由此可见,只有对材料的微观组织结构在不同温度和加载条件下的本征行为以及交互作用有着深刻的认知,才能最大程度的挖掘结构材料的潜力,发掘材料所具有的优异特性和功能。

电子显微镜 (包括扫描电镜和透射电镜)是研究微纳尺度现象最常用平台技术,目前基于电子显微镜已经实现结构、表面形貌、化学成分、电子结构等多种表征技术的高度集成。电子显微镜平台的常规用法是在真空室温静态条件下进行材料表征,而原位电镜技术是通过在电子显微镜中引入外部激励(如力、热、电、气氛等)来刺激样品,实时观察并记录样品在这些外部激励作用下随时间变化的全过程。原位技术是电镜技术未来主要的发展方向,因为该技术给现有的电镜技术各种表征数据加上了一个时间维度,强调材料的动态变化过程,而不仅仅只是变化后的结果,让各种数据“活动”起来,其强大的表征能力特别适用于材料科学的原理性研究。原位电镜技术使得各种微观结构/成分/形貌等信息变化构成的事件在时间标尺和空间维度上依次呈现,并一一对应,充满丰富而直观的细节。因此以原位、定量和动态为特征的原位技术在揭示现象背后的微观机制方面有着其他技术无可比拟的优势,能同时满足准确和高效的双重要求,是微纳尺度基础实验研究的优选技术。

多场耦合条件下的原位电子显微技术对标“材料基因组”计划中的高效高通量表征技术,是绘制微纳尺度材料性能“基因图谱”的优选先进技术,是实现新材料设计按图索骥的关键。该技术是“中国制造2025”以及国家“十三五”国家科技创新规划中的高温材料,耐腐蚀材料,高性能催化剂,金属3D打印、新型电池等领域在微纳尺度基础研究中的必不可少的研究手段。


教育及工作经历:
20187月——至今 西安交通大学,西安市

微纳尺度材料行为研究中心(CAMP-Nano 副教授

20164月——至今 西安交通大学,西安市

西安交大-日立联合研发中心(XHRDC 副主任

20164月——20186 西安交通大学,西安市

微纳尺度材料行为研究中心(CAMP-Nano 新讲师


20109——20163 西安交通大学,博士学位(材料学)

20119——20128 麻省理工学院,访问学生(材料系与核工系)

20069—— 20107 西安交通大学,学士学位(材料科学与工程)

荣誉奖励:

2017  陕西省普通高校青年杰出人才支持计划


发表工作及成果:

期刊文章:

[1]   Xie D, Zhang R, Li M, Shan Z. “The role of hydrogenated vacancies on modulus, dislocation behavior and interfacial damage in pure aluminum” Proceedings of 3rd International Conference on Metals&Hydrogen, accepted

[2]  解德刚, 李蒙, 单智伟. 氢与金属的微观交互作用研究进展. 中国材料进展 【特约专栏】 37, 055-063 (2018).

[3]  Li M, Xie D-G, Ma E, Li J, Zhang X-X, Shan Z-W. Effect of hydrogen on the integrity of aluminium–oxide interface at elevated temperatures. Nature Communications 8, 14564 (2017).

[4]  Xie D, et al. Hydrogenated vacancies lock dislocations in aluminium. Nature Communications 7, 13341 (2016). (IDSEB2CY

[5]  Xie D, Wang Z, Sun J, et al. In situ study of the initiation of hydrogen bubbles at the aluminium metal/oxide interface[J]. Nature Materials, 2015, 14 (9): 899-903. (IDSCP9CT)

[6]  Zhang L, Tang Y, Wang Y, Duan Y, Xie D et al. In Situ TEM Observing Structural Transitions of MoS2 upon Sodium Insertion and Extraction. RSC Advances, (2016).

[7]  Yang L, Dai T, Wang YC, Xie DG et al. Chestnut-like SnO2/C nanocomposites with enhanced lithium ion storage properties. Nano Energy, (2016).

[8]  Zhang LQ*, Wang YC*, Xie DG*, et al. In situ transmission electron microscopy study of the electrochemical sodiation process for a single CuO nanowire electrode[J]. RSC Advances, 2016, 6 (14): 11441-11445.

[9]  Wang Y, Xie D, Ning X, et al. Thermal treatment-induced ductile-to-brittle transition of submicron-sized Si pillars fabricated by focused ion beam[J]. Applied Physics Letters, 2015, 106 (8): 081905.

[10]  Xie D, Li W. A novel simple approach to preparation of superhydrophobic surfaces of aluminum alloys[J]. Applied Surface Science, 2011, 258 (3): 1004-1007.

[11]  Zhang D, Chen F, Fang G, Yang Q, Xie D, et al. Wetting characteristics on hierarchical structures patterned by a femtosecond laser[J]. Journal of Micromechanics and Microengineering, 2010, 20 (7): 075029.

专利:

[1]   单智伟,李蒙,解德刚,一种用于宏观样品的原位电镜力热耦合试验装置,发明专利,专利号:201621190157.62017-03-27

[2]  单智伟,李蒙,解德刚,一种用于电子显微镜的原位定量力热耦合拉伸试验装置,发明专利,专利号:201510710901.4

[3]  单智伟,李蒙,解德刚,一种用于电子显微镜的原位定量加热装置,发明专利,专利号:201510437346.2

[4]  单智伟,李蒙,解德刚,一种用于电子显微镜的定量纳米加热台,发明专利,专利号:201410542592.2

[5]  单智伟,陈亮,李蒙,解德刚,刘博宇,张朋诚,万景春。一种高效率自动化钨针制备装置及方法:中国,CN102586854 B,发明专利,2014.

[6]  乔冠军,方国平,解德刚,陈亮,“一种限制液滴运动虚拟通道的构造方法” 专利号:200910023459.2

会议:

[1]  New insights into thermomechanical and chemomechanical problems via in situ quantitative nanomechanical TEMNTNU, invited by Prof. Afrooz Barnoush, 7 June 2018, Trondheim, Norway (交流报告)

[2]  “Thermomechanical and Chemomechanical Experiments by in situ TEM: a Case Study on Hydrogen Embrittlement/Damage”, Oxford University, invited by Prof. Sergio Lozano-Perez, 25 May, 2018, Oxford, UK (交流报告)

[3]  The role of hydrogenated vacancies on modulus, dislocation behavior and interfacial damage in pure aluminum, 3rd International Conference on Metals & Hydrogen, 29-31 May 2018, Ghent, Belgium (唯一来自中国的讲座报告)

[4]  “用环境透射电子显微镜原位研究氢和位错及界面的交互作用”, 第一届中国汽车EVI及高强度钢氢致延迟断裂会议,1214-15日,2017,北京(特邀报告)

[5]  “用环境透射电镜原位研究金属铝中氢与界面以及位错的交互作用”,北京科技大学,111日,2017,北京(特邀讲座)

[6]  “环境透射电镜在氢脆和氢损伤的微观机理研究中的应用”,全国腐蚀大会,1018-20日,2017,青岛(讲座报告)

[7]  “用环境透射电镜研究金属铝中氢与界面以及位错的交互作用”,中国有色金属学会青年科技论坛,长沙,919-21日,2017 (特邀报告)

[8]  “材料在的力、电、热以及环境气氛中的纳米尺度表征”第二届电子显微网上年会,67日,2017(特邀报告)

[9]  Hydrogenated vacancies lock dislocations in aluminium”纳米学应用技术研讨会,西安,5月29日,2017 (邀请报告)

[10]  “环境透射电镜在研究氢与金属交互作用中的应用”, 天美公司&日立高新2016年电镜产品中国用户会, 成都, 1029-111, 2016 (特邀报告)

[11]  “环境透射电镜中的纳米实验室”,第二届电镜网络会议(iCEM 2016)1025-26日,2016(特邀报告)

[12]  “环境透射电镜在研究氢与金属交互作用中的应用”, 日立公司球差校正透射电镜HF5000新品发布会, 北京, 917, 2016 (特邀报告)

[13]  “扫描电镜原位微纳尺度结构材料的变形特性与机理研究”,2016年全国电子显微学学术年会,天津,912-16日,2016 (讲座报告)

[14]  Xie D.-G., Hydrogen effects on dislocation motion revisited by quantitative mechanical tests inside TEM, 2016 International Hydrogen Conference, Moran, WY, USA, Sep. 11-14, 2016 (唯一中国学者邀请报告)

[15]  解德刚,单智伟,“未来材料科学对于电镜的需求”, 电镜装备制造研讨扩大暨第三次会议,西安,827日,2016 (交流报告)

[16]  In situ TEM Investigation of Blister Formation on Aluminum Surface in Hydrogen Environment, 2016 International Workshop on Materials Behavior at the Micro- and Nano-Scale, Xian China, Jun. 1-3, 2016, (Oral presentation)

[17]  Revealing Hydrogen Blistering Mechanism in Aluminum”,西北工业大学,西安,423日,2016 (交流报告)

[18]  Hydrogen Effects on Blistering and Dislocation Behavior in Single Crystal Aluminum”,清华大学,北京,418日,2016 (交流报告)

[19]  “气氛中对材料进行力、电、热的纳米尺度表征”,中国石油管工程研究院,西安,330日,2016 (交流报告)

[20]  “环境透射电镜中用PI95对纳米材料进行力、电、热表征”,浙江大学,杭州,920日,2015 (交流报告)

[21]  In Situ TEM Investigation of the Effects of Hydrogen on the Behavior of Dislocation and Cracking in Aluminum, 2015 TMS Annual Meeting & Exhibition, Orlando, FL, USA, Mar. 15-19, 2015 (Oral presentation)

[22]  Hydrogen embrittlement in aluminum investigated by in situ bending in environmental TEM, 2015 International Workshop on Materials Behavior at the Micro- and Nano-Scale, Xian China, Jun. 1-3, 2015 (Oral presentation)

[23]  In situ TEM Investigation of Blister Formation on Aluminum Surface in Hydrogen Environment, 2015 MRS Fall meeting, Boston, MA, USA, Nov 29 Dec 4, 2015  (Oral presentation)

[24]  In Situ TEM investigation of Electrical Current Effect on Aluminum Interconnect, TMS2012, Orlando, FL  (Poster presentation)


项目信息:

[1] “氢对铝位错行为及开裂机理影响的原位定量研究”,国家自然科学青年基金,517011512018.1-2020.12负责人

[2] “单晶铝氢致开裂微观机理的原位电镜研究”,陕西省自然科学青年基金,2017.1-2018.12负责人

[3] “铝和锡微纳尺度扩散变形机理的原位电镜研究”,陕西省博士后项目,2017-2019负责人

[4] “多场耦合条件下金属结构材料损伤演化行为的跨尺度关联评价”,国家重点研发计划,课题一经费463万元,2017.7-2021.6,研究骨干

[5] “多场耦合条件下微纳尺度结构材料的变形特性与机理研究”,国家自然科学基金重点项目,31231005285万元,2013.01-2017.12,研究骨干

[6] “单晶铁氢脆微观损伤机理的原位定量研究”,国家自然科学基金青年基金项目,514011592015.01-2017.12,研究骨干


招生信息:

研究生:

每年可招硕士生2,另外有意报名微纳中心(CAMP-Nano)攻读硕士或博士者,欢迎联系。


科研实习本科生:

研究小组欢迎本校大一-大三的理工科学生来进行科研实习,支持申请大创项目、创业大赛等赛事。表现优异者可以优先推荐保研、出国。