文／徐　飛

　　2022 年11 月5 日， 期待已久的“ 中國力學(xué)大會2021+1”終于線上線下同步開幕。在開幕式上，最重要的環(huán)節(jié)之一就是表彰頒獎儀式。其中，“復(fù)合材料多層級變形及破壞行為關(guān)聯(lián)性理論”獲得了第七屆中國力學(xué)學(xué)會自然科學(xué)一等獎。這是該獎項設(shè)立8 屆以來的第2 個一等獎，目前該獎項的一等獎總共只有3 項。

　　看到這里，北京航空航天大學(xué)航空科學(xué)與工程學(xué)院飛機系副教授潘飛與有榮焉，與有功焉。他就是這個獎項的第三完成人，并且是以學(xué)生身份完成該獎項相關(guān)工作的。

　　航空航天領(lǐng)域高速發(fā)展，研發(fā)先進材料和結(jié)構(gòu)成為該領(lǐng)域不斷向前的重要基礎(chǔ)，也是各國科技實力角逐的焦點。新型復(fù)合材料/ 結(jié)構(gòu)的空間復(fù)雜度更高、層級更多、尺度跨度更大，因此亟需通過多尺度力學(xué)分析，揭示其變形和破壞機理，發(fā)展和完善多尺度力學(xué)理論方法，提出新的材料/ 結(jié)構(gòu)設(shè)計概念，進而推動材料/ 結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的發(fā)展。而這正是北京航空航天大學(xué)航空科學(xué)與工程學(xué)院飛機系副教授潘飛的研究范疇。

　　提出“超材料”設(shè)計理念

　　客觀來說，目前單一均質(zhì)材料的性能提升越來越困難。因此，學(xué)界普遍認為通過微結(jié)構(gòu)和多層級設(shè)計得到性能更優(yōu)的多尺度復(fù)合系統(tǒng)成為進一步提升性能的途徑。圍繞材料的本構(gòu)性能和復(fù)雜變形，潘飛一方面積極開展已有先進材料和結(jié)構(gòu)的性能預(yù)測，另一方面面向目標的性能和變形對材料和結(jié)構(gòu)努力進行逆向定制化設(shè)計。

　　潘飛和導(dǎo)師提出了“剛度閾值”新概念，對局部具有低維離散結(jié)構(gòu)的纖維的力學(xué)性能建立了有效的新評價指標，成功解決了其性能預(yù)測和評判的難點問題。在此基礎(chǔ)上，他發(fā)現(xiàn)了纖維網(wǎng)絡(luò)的面內(nèi)- 面外剛度非經(jīng)典關(guān)系。他提出的數(shù)據(jù)指標和判別標準被ChemTec 出版的復(fù)合材料手冊收錄，剛度閾值公式被用于復(fù)材性能推導(dǎo)，理論模型被用于航空輕質(zhì)復(fù)合材料等先進材料研發(fā)。

　　不僅如此，潘飛和合作者還建立了微納米薄膜材料的多尺度力學(xué)分析模型，首次揭示了從小分子尺度到宏觀尺度的手性傳遞機理。他發(fā)現(xiàn)并量化了范德華層合結(jié)構(gòu)的多重彎曲失效模式及其尺寸效應(yīng)。建立的彎曲剛度解析關(guān)系被諾貝爾獎得主A. K. Geim 等用于設(shè)計新結(jié)構(gòu)，理論模型被用于自組裝薄膜材料的性能分析和新型結(jié)構(gòu)設(shè)計。

　　基于研究成果積累，潘飛最終提出了可編程定制力學(xué)性能和變形的超材料設(shè)計理念。所謂力學(xué)超材料設(shè)計，是指通過人為設(shè)計材料的微結(jié)構(gòu)（或曰基本單元），來實現(xiàn)一些天然材料無法實現(xiàn)的新奇特性。更為關(guān)鍵的是，通過對基本單元的力學(xué)設(shè)計，能在完成材料加工之后對性能進行定制化調(diào)節(jié)。他提出了“三維像素”新概念設(shè)計，有效克服了傳統(tǒng)連續(xù)材料無法承受強非均勻變形的局限性，突破了原有材料/結(jié)構(gòu)的設(shè)計維度和性能區(qū)間，成功實現(xiàn)了簡便快捷地根據(jù)目標需求對材料力學(xué)性能的定制和在線重定制?；诮Y(jié)構(gòu)雙/多穩(wěn)態(tài)，潘飛提出了低功耗形狀可重構(gòu)材料/ 結(jié)構(gòu)的設(shè)計策略，實現(xiàn)了超快大幅可重構(gòu)智能結(jié)構(gòu)。

　　潘飛的研究成果引起了學(xué)術(shù)界的極大興趣。他在NatureCommunications、Science Robotics、Journal of the Mechanics and Physics of Solids、Advanced Materials 等權(quán)威期刊發(fā)表SCI 論文30 余篇，包括封面文章2 篇，ESI 高被引文章1 篇，并獲得了國家發(fā)明專利授權(quán)2 項。

　　“超材料”背后的超級探索力

　　在接受采訪時，潘飛曾經(jīng)坦言他從童年玩具“啪啪圈”獲得靈感而產(chǎn)出頂級學(xué)術(shù)論文的趣事。其實，不僅是啪啪圈，甚至積木、吸管都能吸引潘飛進行深度思考并使之獲得啟發(fā)。這樣的超級探索力讓人嘆為觀止，更讓人想一探究竟。

　　對此，潘飛表示：“我是一個對生活常見事物比較有好奇心的人。雖然，并非所有的好奇心都能催化出科研成果，但是，我很喜歡鉆研的過程。”細細算來，今年（2023 年）已經(jīng)是潘飛來到北航的第14 年。從本科學(xué)習(xí)至今，他一直都在這里，在科研領(lǐng)域里上下求索，不斷突破學(xué)術(shù)界限。目前，潘飛已經(jīng)集齊本科、碩士、博士、博士后和教工五張“一卡通”，也算是難得的人生履歷“小紀念”。

　　潘飛清楚地記得，在2009 年高考結(jié)束后，他在填報志愿之時，正是我國大飛機事業(yè)發(fā)展“起跑”之際。懷著滿腔空天報國熱情，他的第一志愿就是北航的飛行器設(shè)計與工程專業(yè)。在大學(xué)本科階段，潘飛在北航受到了濃厚的航空航天文化熏陶，在與良師益友相處的濃厚學(xué)習(xí)氛圍中，為后來的學(xué)術(shù)發(fā)展打下了堅實的專業(yè)基礎(chǔ)。

　　在專業(yè)課學(xué)習(xí)過程中，潘飛對力學(xué)的興趣逐漸濃厚。也許興趣便是最好的機緣，大三時，潘飛進入飛行器結(jié)構(gòu)強度系陳玉麗教授團隊參加本科生科研訓(xùn)練，并繼續(xù)攻讀碩士學(xué)位。在碩士研究生學(xué)習(xí)期間，他圍繞納米纖維網(wǎng)絡(luò)材料的力學(xué)性能開展研究，取得了一定的科研成果。

　　在興趣和求知的驅(qū)使下，潘飛選擇了碩博連讀，繼續(xù)攻讀博士學(xué)位。為了讓自己的研究視野更加開闊，在攻讀博士學(xué)位期間，潘飛選擇在國家納米科學(xué)中心施興華研究員課題組進行聯(lián)合培養(yǎng)。他一方面繼續(xù)先進材料力學(xué)性能研究探索工作，另一方面與材料、化學(xué)的學(xué)者交叉合作，利用力學(xué)解決他們在材料設(shè)計制備中的問題。

　　興趣總能激發(fā)新的探索點，潘飛對力學(xué)超材料方面的探索和研究不斷前行，推動他不斷思考研究的應(yīng)用和發(fā)展。2019 年博士畢業(yè)后，他在北航文力教授的軟體機器人實驗室開展了博士后階段的研究工作。期間，他把力學(xué)分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用于軟體機器人設(shè)計，取得的成績有目共睹。他基于自己研究的超材料/ 結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)成果而設(shè)計出的軟體抓持器，搭載于“奮斗者號”和“深海勇士號”，首次實現(xiàn)了我國3400m 深海環(huán)境的生物柔性抓持和安全采樣。對理論研究的不斷深入和對實際應(yīng)用的不斷嘗試，促使潘飛對自己的研究和未來的發(fā)展有了明確的方向，促成他選擇“出站”后在北航飛機系繼續(xù)奮進。

　　北航，是潘飛14 年奮斗的見證和熱愛，在2015 年攻讀碩士期間和2019 年攻讀博士期間，共計兩次獲得“北航研究生十佳”榮譽稱號，并獲得北航研究生十佳學(xué)術(shù)論文獎。除此之外，他還獲得了2015 年北航博士新生獎學(xué)金、2016 年北航博士生卓越學(xué)術(shù)基金、2016 年博士研究生國家獎學(xué)金、2017 年和2019 年工信部創(chuàng)新獎學(xué)金、2019 北京市優(yōu)秀畢業(yè)生等獎項。

　　面向未來，潘飛初心不變，仍然秉持踏實的科研態(tài)度，希望能夠面向未來航空航天、智能系統(tǒng)上自適應(yīng)智能結(jié)構(gòu)的需求，通過復(fù)合材料和微結(jié)構(gòu)設(shè)計、多尺度力學(xué)分析等方法，構(gòu)建新型的可調(diào)性能可調(diào)形狀的智能結(jié)構(gòu)。他一方面繼續(xù)要在學(xué)術(shù)前沿探索新的設(shè)計理念和方法，另一方面也要積極探索這些新概念設(shè)計在實際工程中的應(yīng)用，不斷為國人騰云潛海提供助力。

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