異構材料「軟硬兼施」 提升強度韌性減風險 城大學者朱運田 提材料設計新原理 為航空航天等應用闢新路

香港科研力量多年來深度結合國家創新體系，持續輸出高質量原創成果，屢獲肯定。隨着國家「十五五」規劃開篇，香港亦制定了第一個五年規劃，本港科研正進一步融入國家戰略大局。

香港城市大學材料科學及工程學系講座教授朱運田與內地科學家合作進行的「異構金屬材料強韌化研究」，於早前勇奪2025年度國家自然科學獎二等獎。朱運田近日接受香港文匯報專訪，分享其團隊如何提出新的「異構」材料設計原理，令金屬能兼具高強度與高韌性，包括已成功研發的可達傳統三倍強度的不鏽鋼，為高端製造、航空航天、新能源汽車、機器人及低碳材料等應用開闢新路徑。

●香港文匯報記者 陸雅楠

今年7月在北京舉行的國家科學技術獎勵大會上，4名香港科學家參與的三個內地牽頭項目獲得國家自然科學獎二等獎，涵蓋有機合成化學、金屬材料及岩土工程等領域。其中，「異構金屬材料強韌化研究」由中國科學院力學所教授武曉雷團隊與朱運田團隊長期合作推動。

朱運田介紹，傳統材料設計追求均勻，教科書與工業界均以此為標準，不均勻組織通常被視為廢品。但異構材料（Heterostructured Materials）的概念正好相反，其核心科學原理在於：當材料內部同時存在力學性能差異較大的「軟區」與「硬區」，兩者在受力變形過程中並非各自為政，而是在界面附近產生強烈的相互作用與協調效應，帶來傳統均勻材料所不具備的額外強化與增韌能力。

從微觀機制而言，上述相互作用主要體現在金屬晶體中的線狀缺陷「位錯（dislocation）」上：位錯會在軟硬區域及其界面附近重新排列並累積，形成非均勻分布，進而產生額外內部應力：軟區受約束、硬區承擔更多載荷，最終呈現協同強韌化效果。

金屬如漢堡包 組合後「口感豐富」

「就像漢堡包裏面有肉、有麵包、有蔬菜，每一層性質都不一樣，單獨吃未必都好吃，但組合起來，口感更豐富、營養更均衡。材料裏的不同區域就像這樣，各自發揮不同作用，互相協同，最後得到比傳統均勻材料更優異的力學性能。」朱運田形容說。

他對是次獲獎深感振奮，特別是異構材料，屬團隊從零起步、主動開拓的方向，「不單是榮譽，對整個材料科研領域的未來發展也有很大促進作用。」他特別提到，國家對基礎研究日益重視，並支持香港發展國際創科中心，對科研長遠發展至關重要，而香港也正力推高科技產業發展，北部都會區的布局正切合所需。

朱運田：港應發揮轉化橋樑作用

以材料科學為例，朱運田指出，香港相關研究已積累深厚基礎，兼具國際化人才、科研平台及與全球學術界緊密聯繫等優勢，而內地汽車與電動車、航空航天、無人機、機器人等產業的研發與製造、終端市場與生產線高度集聚，為新材料提供廣闊應用場景。香港應進一步發揮原創科學到技術轉化橋樑作用，把本地基礎研究與大灣區完備製造體系結合，形成「香港原創研究、大灣區工程化、全國規模應用、國際市場拓展」的協同發展模式。

他坦言，香港重工業規模雖有限，但在建築、交通、航空服務、醫療科技、金融、專業檢測及國際標準等方面具獨特長處，可率先在高層建築、橋樑、軌道交通及公共設施推動示範應用，並善用國際認證、知識產權及科技金融能力，協助新材料走向國際。

展望未來，朱運田期望建立更多由政府、院校、科研機構與企業共同參與的材料創新平台，打通從原理探索、樣品製備、中試放大至工程應用的全鏈條，同時培育兼具材料科學、工程製造與市場視野的跨域人才。他強調，材料是現代工業之基，新材料突破往往牽動新產品、新工藝以至新產業，若能形成具普遍意義的材料設計方法，將為國家高端製造、綠色發展及科技自立自強提供更堅實的底座。