文／徐　飛

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

　　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(jī)系副教授潘飛與有榮焉，與有功焉。他就是這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)的第三完成人，并且是以學(xué)生身份完成該獎(jiǎng)項(xiàng)相關(guān)工作的。

　　航空航天領(lǐng)域高速發(fā)展，研發(fā)先進(jìn)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(guó)科技實(shí)力角逐的焦點(diǎn)。新型復(fù)合材料/ 結(jié)構(gòu)的空間復(fù)雜度更高、層級(jí)更多、尺度跨度更大，因此亟需通過(guò)多尺度力學(xué)分析，揭示其變形和破壞機(jī)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(jì)概念，進(jìn)而推動(dòng)材料/ 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jī)系副教授潘飛的研究范疇。

　　提出“超材料”設(shè)計(jì)理念

　　客觀來(lái)說(shuō)，目前單一均質(zhì)材料的性能提升越來(lái)越困難。因此，學(xué)界普遍認(rèn)為通過(guò)微結(jié)構(gòu)和多層級(jí)設(shè)計(jì)得到性能更優(yōu)的多尺度復(fù)合系統(tǒng)成為進(jìn)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(kāi)展已有先進(jìn)材料和結(jié)構(gòu)的性能預(yù)測(cè)，另一方面面向目標(biāo)的性能和變形對(duì)材料和結(jié)構(gòu)努力進(jìn)行逆向定制化設(shè)計(jì)。

　　潘飛和導(dǎo)師提出了“剛度閾值”新概念，對(duì)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(píng)價(jià)指標(biāo)，成功解決了其性能預(yù)測(cè)和評(píng)判的難點(diǎn)問(wèn)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(biāo)和判別標(biāo)準(zhǔn)被ChemTec 出版的復(fù)合材料手冊(cè)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(jìn)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(jī)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(jiǎng)得主A. K. Geim 等用于設(shè)計(jì)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(jì)。

　　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(jì)理念。所謂力學(xué)超材料設(shè)計(jì)，是指通過(guò)人為設(shè)計(jì)材料的微結(jié)構(gòu)（或曰基本單元），來(lái)實(shí)現(xiàn)一些天然材料無(wú)法實(shí)現(xiàn)的新奇特性。更為關(guān)鍵的是，通過(guò)對(duì)基本單元的力學(xué)設(shè)計(jì)，能在完成材料加工之后對(duì)性能進(jìn)行定制化調(diào)節(jié)。他提出了“三維像素”新概念設(shè)計(jì)，有效克服了傳統(tǒng)連續(xù)材料無(wú)法承受強(qiáng)非均勻變形的局限性，突破了原有材料/結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)維度和性能區(qū)間，成功實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)便快捷地根據(jù)目標(biāo)需求對(duì)材料力學(xué)性能的定制和在線重定制。基于結(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(jì)策略，實(shí)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(guó)家發(fā)明專利授權(quán)2 項(xiàng)。

　　“超材料”背后的超級(jí)探索力

　　在接受采訪時(shí)，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(jí)學(xué)術(shù)論文的趣事。其實(shí)，不僅是啪啪圈，甚至積木、吸管都能吸引潘飛進(jìn)行深度思考并使之獲得啟發(fā)。這樣的超級(jí)探索力讓人嘆為觀止，更讓人想一探究竟。

　　對(duì)此，潘飛表示：“我是一個(gè)對(duì)生活常見(jiàn)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(guò)程。”細(xì)細(xì)算來(lái)，今年（2023 年）已經(jīng)是潘飛來(lái)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(jì)念”。

　　潘飛清楚地記得，在2009 年高考結(jié)束后，他在填報(bào)志愿之時(shí)，正是我國(guó)大飛機(jī)事業(yè)發(fā)展“起跑”之際。懷著滿腔空天報(bào)國(guó)熱情，他的第一志愿就是北航的飛行器設(shè)計(jì)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(lái)的學(xué)術(shù)發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)。

　　在專業(yè)課學(xué)習(xí)過(guò)程中，潘飛對(duì)力學(xué)的興趣逐漸濃厚。也許興趣便是最好的機(jī)緣，大三時(shí)，潘飛進(jìn)入飛行器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度系陳玉麗教授團(tuán)隊(duì)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(kāi)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(kāi)闊，在攻讀博士學(xué)位期間，潘飛選擇在國(guó)家納米科學(xué)中心施興華研究員課題組進(jìn)行聯(lián)合培養(yǎng)。他一方面繼續(xù)先進(jìn)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?cè)诓牧显O(shè)計(jì)制備中的問(wèn)題。

　　興趣總能激發(fā)新的探索點(diǎn)，潘飛對(duì)力學(xué)超材料方面的探索和研究不斷前行，推動(dòng)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(jī)器人實(shí)驗(yàn)室開(kāi)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(jì)應(yīng)用于軟體機(jī)器人設(shè)計(jì)，取得的成績(jī)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(jì)出的軟體抓持器，搭載于“奮斗者號(hào)”和“深海勇士號(hào)”，首次實(shí)現(xiàn)了我國(guó)3400m 深海環(huán)境的生物柔性抓持和安全采樣。對(duì)理論研究的不斷深入和對(duì)實(shí)際應(yīng)用的不斷嘗試，促使潘飛對(duì)自己的研究和未來(lái)的發(fā)展有了明確的方向，促成他選擇“出站”后在北航飛機(jī)系繼續(xù)奮進(jìn)。

　　北航，是潘飛14 年奮斗的見(jiàn)證和熱愛(ài)，在2015 年攻讀碩士期間和2019 年攻讀博士期間，共計(jì)兩次獲得“北航研究生十佳”榮譽(yù)稱號(hào)，并獲得北航研究生十佳學(xué)術(shù)論文獎(jiǎng)。除此之外，他還獲得了2015 年北航博士新生獎(jiǎng)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(guó)家獎(jiǎng)學(xué)金、2017 年和2019 年工信部創(chuàng)新獎(jiǎng)學(xué)金、2019 北京市優(yōu)秀畢業(yè)生等獎(jiǎng)項(xiàng)。

　　面向未來(lái)，潘飛初心不變，仍然秉持踏實(shí)的科研態(tài)度，希望能夠面向未來(lái)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(guò)復(fù)合材料和微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、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(jì)理念和方法，另一方面也要積極探索這些新概念設(shè)計(jì)在實(shí)際工程中的應(yīng)用，不斷為國(guó)人騰云潛海提供助力。

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