叶恒强

        叶恒强,材料科学家。1940年7月出生,原藉广东番禺。1958年毕业于广东广雅中学。1964年2月毕业于北京钢铁学院物理化学系,同年考取为著名金属物理学家郭可信先生的研究生。毕业后在中国科学院金属研究所工作至今。多年来,在材料科学电子显微术、电子衍射分析、长周期结构、调制结构、拓扑密堆相新相、晶体和低维物质的高分辨原子像观察方面,开展了多项研究。
        70年代,叶恒强在电子显微镜研究材料组织结构方面作了大量工作。对高温合金叶片的故障分析中,发现了合金冲击韧性随硅含量出现马鞍形变化的规律,为冶金产品的质量改进做出了贡献。
        70年代末,80年代初,叶恒强对电子衍射分析及层状晶体的结构分析进行了系统的探索。采用了初等数论中的不定方程、同余式、整数矩阵等,把平面点阵的几何分析从70年代文献中仍在讨论的尝试法改进为解析法直接求解,大大加快了计算速度。在电子衍射图相重规律方面,叶恒强则用重位点阵几何分析找出相重倒易平面的规律及判别式,使这一问题走上了解析判别的便捷途径。在此期间,他在国内首先使用高分辨点阵像在碳化硅、Ni3M型合金等层状晶体中研究其精细结构、发现两种新的相畴结构,4种新的密排层长周期结构;确定了碳化硅中6种多型体的结构。
        1982年,叶恒强在国外从事晶体调制结构的研究工作。调制结构中一类原子的亚点阵周期固定,如烟囱中的砖块;另一类原子周期长,又不固定,如烟囱上的扶梯,因此这类调制结构又称烟囱相。如果扶梯的周期与砖块的周期有公倍数,即它们在各自若干个周期后形成一个公有的周期,这便是公度结构,反之,称无公度结构。前人的工作未能将较短周期的原子亚点阵成像,所以无法从调制条文像中窥探调制结构的本质。他利用当时分辨率最好的新型电镜,经过精心的准备,终于拍摄得到大量两类原子调制的高分辨像。从中不仅发现了一些新的公度结构,同时也有许多非公度结构。他还进一步细致地设计了多种调制结构的模型,并成功地实现了计算机模拟,从而准确地掌握了长周期原子成分变化与调制周期直至原子分布规律。这一从调制结构的直观成像到精确的结构分析的研究成果,受到国际同行的高度评价。
        80年代,叶恒强从美国阿利桑那州立大学、比利时安特卫普大学留学回国之后,对拓扑密堆相的结构与缺陷开展了系统的研究。拓扑密堆相是晶体学上的一种由四面体密堆积充满空间相的总称。由于它的特殊性能,特别是它对高温合金的抗热强度有重要的影响,所以一直受到人们的重视。拓扑密堆相的结构测定都是30年前由国外学者完成的。70年代以来,国外一些研究组用高分辨电子显微术在四面体密堆相中观察到平面缺陷。由于他们采用的是成分单纯的合金,并经热处理至接近平衡状态,所以所看到的缺陷不多,也没有发现新的结构。叶恒强的研究组在以前对高温合金中的拓扑密堆相用中等分辨的电子显微镜进行过大量观察的基础上,用高分辨电子显微镜重新检验了许多高温合金长期时效析出的拓扑密堆相,发现这些众所周知的合金相本身也是不完整的,存在着若干在纯金属熔融配制试样中未曾观察到的新相。1983年6月,叶恒强首先在高温合金析出的FE-Mo型σ相中发现了H相。利用高分辨原子像、电子衍射及计算机像模拟技术确定了这种新相的点阵参数及原子位置。在其后的一年多时间里,他领导的研究组又陆续发现了7种新相,还发现了大量文献从未报道过的平移畴、旋转畴结构。他们的研究成果不仅在理论上丰富了拓扑密堆积结构的原子模型构造规则,并对在亚微米尺度上说明析出相组织结构与材料性能的关系,提供了有重要价值的参考资料。此后,叶恒强进一步研究了铝基、钛基及金属间化合物中合金相的原子像,形成了合金超显微组织研究前沿的一个崭新领域。
        准晶是准周期性晶体的简称。传统的固体理论和晶体学都认为晶体应具有周期性平移对称,受此约束,点阵的旋转对称只能有有限几种,五次对称和六次以上的旋转对称都被认为是不可能的。因此,近几年来在一些急冷凝固的合金中发现五次对称以及与此有关的准周期平移对称,不仅为物质的微观结构增添了新的内容,并且要对传统的固体和晶体学理论进行修改。准晶的发现已经在固体物理及与晶体学有关领域里产生了强烈的反响,成为1985~1987年间固体物理的最活跃领域。
        叶恒强和他的同事1984年春在由二十面体柱并置而成的拓扑密堆相的复杂畴区中发现有五次对称衍射图。由于各畴区的二十面体取向长程有序,但平移周期性受限于几纳米,所以衍射图中反映了平移周期性非常有限、取向长程有序的二十面体集合体的五次对称特征。这一突破传统晶体学的对称现象的发现,揭示了介于有序和无序之间新的结构状态,直接导致其后一系列拓扑密堆相中准晶体的发现,并为建立拓扑密堆相与准晶体之间的结构关系奠定了基础。1985年春,我国学者张泽、叶恒强、郭可信又独立地在Ti-Ni-V急冷合金中发现了具有二十面体对称的准晶体。其后叶恒强及其研究组又在VNiSi,FeNb等合金中发现五次准晶,Mb-Si系发现八次对称准晶,CoNiSi系发现立方对称准晶,并对五次、八次对称准晶与对应晶体相的关系进行了系统的研究,揭示了周期性与准周期性之间的联系与过渡规律。以上研究成果不仅对拓展准晶的研究领域做出了突出贡献,并使我国的准晶实验研究较长时间居于国际前列,这是我国在凝聚态物理及材料科学方面的一项重大研究成果。
        80年代后期,叶恒强致力于低维物质的微观结构分析。他和课题组在承担国家“863”计划的有关低维材料微观结构分析的课题中,发展了对5~50纳米的实际工程材料超微粉中单个颗粒的晶格图像、微区衍射、表面及内部结构确定及元素化学价态分析的综合技术,使人们有能力对工程超细粉单个颗粒的图景作直观与全面的了解。在二维物质研究中,发现了稀土氧化物表面结构变化与表面附近位错的相互作用多种形态,并在Pd,Ag等金属表面首次观察到初生氧化物的动态生长行为。这些研究发展了观测分析新技术,所得到的结果不仅比较系统和深入,从中提出新的观点和判据,积极地配合了低维材料的研制,而且有若干新发现,对学科发展也有重要参考价值。
        90年代起,叶恒强主持了国家自然科学基金重大项目“材料的表面与界面研究”。他指导的学生在界面结构相似性有利于相间接合、发现密堆六角晶界的结构单元、金属基复合材料及金属间化合物中界面状态对机械性能的影响等方面,都有创新性的成果。
        叶恒强在学术刊物上发表了200余篇学术论文,合作出版了《电子衍射图》、《高分辨电子显微学在固体材料中的应用》、《高空间分辨分析电子显微学》等三部专著。他获得三次国家自然科学奖,并获中国科学院和部委级奖励四项。叶恒强于1994年获中国电子显微学会首届“钱临照奖”。他于1991年被增选为中国科学院院士(技术科学部)。目前他担任国家自然科学基金会第3届委员,国家高技术计划新材料领域第四届专家委员会委员。
        叶恒强重视培养青年人才,他协助郭可信先生指导的博士生张泽、硕士生王大能获首届(1985年)吴健雄物理奖。他指导的博士生、硕士生已有2人获中国科学院院长奖学会特别奖,6人获优秀奖。

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