自從扎根西部以來，西安交通大學堅持面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求，不斷增強科技創(chuàng)新能力，提升科技競爭力，取得了一系列重要科研成果，各級科技獎勵數(shù)量、發(fā)明專利授權(quán)數(shù)量大幅增長。僅“十三五”以來，西安交通大學獲國家科學技術(shù)獎21項、省部級各類科技獎115項；2016年到2019年共獲授權(quán)發(fā)明專利4290件；涌現(xiàn)出了一批為經(jīng)濟社會發(fā)展作出突出貢獻，具有世界影響力的科研團隊。從即日起，本報將刊登西安交通大學優(yōu)秀科研團隊的事跡，介紹他們繼承和發(fā)揚“西遷精神”，扎根西部，頑強攻關(guān)的科研故事，以饗讀者。

“彎曲”材料，可以產(chǎn)生電信號？

這不是科幻，是智能材料領(lǐng)域的一項熱門研究。通過“彎曲”材料，進而產(chǎn)生電信號，說的就是撓曲電效應(yīng)。撓曲電效應(yīng)是指通過非均勻變形，引起材料正負電荷中心分離，進而產(chǎn)生電壓的一種效應(yīng)。

“與傳統(tǒng)壓電效應(yīng)不同，撓曲電效應(yīng)在所有電介質(zhì)中存在，且在微納尺度可極大提升材料的換能效率。此外，撓曲電材料克服了壓電材料的缺點，綠色無害，在智能材料與結(jié)構(gòu)領(lǐng)域顯示出了廣泛的應(yīng)用前景?！蔽靼步煌ù髮W智能材料與結(jié)構(gòu)研究團隊成員梁旭介紹。

十余年來，西安交通大學申勝平教授領(lǐng)銜的智能材料與結(jié)構(gòu)研究團隊致力于撓曲電材料與結(jié)構(gòu)的力電耦合理論及應(yīng)用研究，在這一曾經(jīng)的冷門專業(yè)，攻克了諸多熱點難題，取得了一系列備受矚目的成果。

取得基礎(chǔ)理論的突破

近年來，隨著微納米技術(shù)的不斷發(fā)展，撓曲電效應(yīng)在傳感、能量采集等領(lǐng)域顯示出了巨大的應(yīng)用前景，逐漸成為國內(nèi)外學界研究的熱點問題之一。

將時光的指針撥至20世紀末，情況卻大不相同。那時，盡管已有學者發(fā)現(xiàn)了撓曲電效應(yīng)，但由于壓電能產(chǎn)生較強的電信號，國際學界的關(guān)注重點都聚焦在壓電領(lǐng)域，關(guān)于撓曲電效應(yīng)的研究鮮有人問津。

由于壓電效應(yīng)在應(yīng)用材料體系受限較大，本專注于研究壓電的申勝平教授，將目光轉(zhuǎn)移到當時冷門的撓曲電效應(yīng)研究方向，并于2008年成立了國內(nèi)首個開展撓曲電效應(yīng)理論研究的團隊。

瞄準這一冷門專業(yè)，申勝平帶領(lǐng)團隊堅定不移地邁向了科研攻關(guān)之路。撓曲電理論的數(shù)學描述、本構(gòu)方程要比傳統(tǒng)的壓電理論復雜得多，且理論推導需要嚴密、大量的數(shù)學推斷過程。因此，如何建立基于撓曲電效應(yīng)的力電耦合理論，便成為擺在研究者面前的第一道難題。

“在那段時間里，我們幾乎翻閱了一切相關(guān)的文獻資料，進行公式的反復推演，一心只希望能早日把這個研究搞出來?！绷盒窕貞洠八袌F隊成員整日泡在實驗室，每天上午7點到，晚上11點后回家是常有的事。我們也完全沒有假期概念，即使在春節(jié)，大年初二也就都回來了?！睕]有條件，就努力創(chuàng)造條件；沒有時間，就拼命擠出時間。一個看似簡潔的理論公式，要推演出也絕非是一帆風順的，往往一步算錯就要整體推倒重來。團隊成員回憶，申勝平教授為了驗證理論公式的準確性，每個公式都要反復驗證無數(shù)次，確保無誤。

正是憑借著這股“咬定青山不放松”的執(zhí)著和鉆研勁兒，團隊僅用了不到兩年的時間就建立了撓曲電納米材料連續(xù)介質(zhì)理論，推動了多場耦合力學的發(fā)展。該研究被歐美學者以申勝平名字命名（Shen Formulation），稱其為“開創(chuàng)性的研究”“開創(chuàng)性的理論框架”。在該理論指導下，團隊又在不到10年的時間里建立了系列分析模型，為微納智能結(jié)構(gòu)性能分析和穩(wěn)定性分析，以及撓曲電智能器件設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)和新思路，得到國際學界的廣泛肯定。

面向需求，協(xié)同攻關(guān)

在申勝平看來，科學研究不應(yīng)僅僅停留在理論層面，更要面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求。隨著智能材料成為我國國防、航空航天等重要領(lǐng)域所需的核心材料之一，如何盡快將撓曲電理論運用于具體實踐，設(shè)計出撓曲電智能器件成為申勝平團隊進一步的重點工作。

團隊成員鄧謙在國外從事博士后研究期間，研究的方向就是撓曲電?！吧昀蠋熢谶@方面的研究已經(jīng)比較前沿，所以畢業(yè)后我就加入了他的團隊?！痹趯嶒炛校囍t發(fā)現(xiàn)，最常用的撓曲電陶瓷易斷裂、變形小，只有在微納尺度才能產(chǎn)生大的應(yīng)變梯度，而聚合物材料柔性好，即使在宏觀尺度下也可以承受很大的應(yīng)變梯度。一般聚合物材料的撓曲系數(shù)遠遠低于陶瓷，即便施加大的應(yīng)變梯度，也難以得到強撓曲電效應(yīng)。

面對這一難題，鄧謙帶領(lǐng)學生設(shè)計制備了一種攜帶永久電荷的新型電活性材料，成功預(yù)測并驗證了其中的類撓曲電效應(yīng)，將該聚合物材料中的撓曲電效應(yīng)提高了100倍，大幅度提升了其撓曲電系數(shù)，為在宏觀尺度上應(yīng)用撓曲電效應(yīng)提供了可能性?！拔覀兿嘈?，這一材料將在柔性傳感器、驅(qū)動器等方面廣泛應(yīng)用。”鄧謙滿懷信心。

該團隊成員來自力學、航空宇航、材料等不同專業(yè)，平均年齡不到40歲，充滿了研究活力?！巴怀鰧W科交叉，是智能材料領(lǐng)域發(fā)展的新方向?！绷盒窠榻B，“最開始，我們都是搞力學出身，可做研究單憑力學專業(yè)還遠遠不夠，需要電學、材料學、化學等方面的知識。團隊成員研究學科的交叉，為我們在這一領(lǐng)域深耕奠定了良好的基礎(chǔ)?！?/span>

研究要取得發(fā)展、要有所突破，就一定要走出專業(yè)“舒適圈”、不能固守老本行，成為團隊成員的共識。團隊成員補學了大量其他學科的基礎(chǔ)理論，并由申勝平教授牽線，與西安交通大學機械學院、電氣學院、材料學院等搭建實驗室，開展了一系列跨學科合作?，F(xiàn)如今，團隊也吸納了具有機械、電氣、材料、力學等專業(yè)學科背景的30余名學生?！皶r代給予了我們一個絕好的機遇，只要我們有想法，專業(yè)學科不會成為限制我們研究的問題?！绷盒裥χf。

領(lǐng)跑學科領(lǐng)域

2019年8月，由西安交通大學航天航空學院主辦的“2019年國際撓曲電理論與應(yīng)用研討會”成功召開。研討會邀請了來自國內(nèi)外高校及科研院所的50余位權(quán)威專家學者，就當前智能材料領(lǐng)域備受關(guān)注的研究熱點問題，進行了深入而系統(tǒng)的學術(shù)成果交流。這是國際上首次舉辦的撓曲電研究專題研討會，對于促進學科交流與合作、推動撓曲電效應(yīng)及相關(guān)研究領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。

“目前國際上在撓曲電方向的研究力量相對比較分散，缺乏有效的交流途徑。而我們搞這項研究用了十多年，所以希望能主辦這一專業(yè)研討會，推動撓曲電效應(yīng)這一新興研究方向在各領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展?！鄙陝倨綀F隊已計劃好，2020年還要舉辦第二屆研討會，希望能夠推動該研究領(lǐng)域在國際上的發(fā)展。

“善小而大成”，是申勝平對團隊今后研究的期望。“我們將牢記總書記的囑托，始終與國家同向同行，為國家民族勇于擔當，努力踐行‘西遷精神’，把愛國之情、報國之志落實到行動中，擼起袖子加油干，創(chuàng)造屬于我們交大人的新貢獻！”申勝平鄭重承諾。（張梅 霍強 通訊員 崔可嘉）