马秀良

中国科学院金属研究所研究员

马秀良，满族，1964年3月生，九三学社社员，博士，中国科学院金属研究所研究员、博士生导师，沈阳材料科学国家（联合）实验室固体原子像研究部主任。

人物经历

1983年9月至1988年7月，马秀良在大连理工大学材料工程系本科学习。

1988年9月至1991年7月，在大连理工大学研究生院攻读硕士学位，师从郭可信院士，在中国科学院北京电子显微镜实验室及大连理工大学从事Al基合金中十次对称准晶及相关晶体相的电子显微学研究。

1991年9月至1994年7月，在大连理工大学研究生院攻读博士，获博士学位；先后在德国Dortmund大学（“洪堡”学者）、日本精细陶瓷研究中心（名古屋）、东京大学、香港城市大学及德国Jülich研究中心等地从事固体材料结构与缺陷的高分辨电子显微学研究。

1999年，入选中国科学院“百人计划”。

2001年4月，任中国科学院金属研究所研究员。

2002年3月，任中国科学院金属研究所博士生导师。

2006年，任沈阳材料科学国家（联合）实验室固体原子像研究部主任。

2009年，入选“新世纪百千万人才工程”国家级人选，同年入选辽宁省“百千万人才工程”百人层次人选。

主要成就

科研成就

一、金属结构材料中系列复杂合金相的发现及其缺陷结构的解析

1、马秀良曾发现可形成高温稳定十次对称准晶的唯一的二元合金体系及成分。在Al10Co4-Al12Co4合金中发现稳定范围介于800-900C的十次对称准晶相，而且Al-Co十次对称准晶在十次轴方向上具有0.4nm 及0.8nm两种不同周期（Metall.Trans.1992）。这一发现改变了人们普遍认为的稳定的十次对称准晶只在三元的Al-Cu-Co 及Al-Ni-Co合金系中存在这一概念。该论文被列为自1981至1998年间中国大陆完成的最具影响力的47篇科学论文之一，并获2000年美国ISI“经典引文奖”。在此基础上，制备出具有毫米量级的棱柱状Al-Co、Al-Ni-Co、Al-Cu-Co十次对称准晶单晶体并测得其有别于传统晶体的独特的物理性能数据（Phys.Rev.Letts.1991）。这些研究成果在二十世纪九十年代学术界在对二元稳定准晶的寻找、准晶体的结构、以及相关物理特性的研究中处于国际前沿。

2、马秀良在Al合金、Mg合金以及高温合金中发现并确定30余种新物相；在原子尺度下解析了40余种复杂结构相的结构缺陷。利用电子衍射并结合高分辨成像，在Al-Co和Al-Cu-（Cr）合金中发现并确定出20余种晶胞参数以黄金分割比（1.61803...）渐进膨胀的大单胞的新物相，并将之归纳为单斜和正交两大点阵群族，丰富和发展了这些合金系已有的平衡相图，提出准晶相是上述两大晶体群族中共有的极限成员（单胞无穷大）这一重要观点（Metall.Mater.Trans.1994; Acta Cryst.（B）1995）。在此基础上，利用高分辨成像在原子尺度下解析了准晶近似相、长周期结构、硼化物、碳化物、拉乌斯相等40余种复杂结构相中的结构缺陷（Philos.Mag.（A）1995, Metall.Mater.Trans.1995; Acta Mater.2010a,2014,2015等）。

3、马秀良发现复杂合金相中位错滑移导致局域结构与成分的变化，提出工程合金形变过程中第二相分解的新机制。这项工作不但使人们对复杂合金相中的位错及其滑移行为有了新的理解，也为位错理论增添了新的知识（Sci.Rep.2013a & 2013b）。

二、金属腐蚀形核机制的透射电子显微学解析

1、马秀良发现奥氏体不锈钢中存在的氧化物纳米八面体是点蚀形核初期MnS局域溶解的成因。该工作使人们对不锈钢点蚀机理的认识从先前的微米尺度提升至纳米甚至原子尺度；提出通过阳离子交换反应可有效提高不锈钢抗点蚀能力的新方法有望以简捷、高效、低成本的形式在工业生产中得到广泛应用（Acta Mater.2010b; Sci.Rep.2014）。

2、马秀良在原子尺度下直接获得金属表面超薄钝化膜的剖面显微图像，并揭示了氯离子击破钝化膜的作用机制。利用像差校正透射电子显微技术证实钝化膜由极其微小的具有尖晶石结构的纳米晶和非晶组成；基于定量电子显微学分析并结合相应的理论计算，发现氯离子沿着纳米晶和非晶之间的特殊“晶界”并以贯穿通道为路径传输至钝化膜与金属之间的界面。到达界面处的氯离子造成基体一侧的晶格膨胀、界面的起伏以及膜一侧的疏松化，并在界面处引入了拉应力。起伏界面的凸起在应力的作用下最终成为钝化膜发生破裂的起始位置。这一研究成果为揭示氯离子与金属钝化膜的交互作用机制提供了直接的实验证据，为修正和完善数十年来基于模型和假说所建立起来的钝化膜击破理论提供了原子尺度的结构信息（Nature Communications 2018）。

三、基于铁电极化的量子材料构筑及其亚埃尺度结构特性

1、马秀良对于铁电材料中通量全闭合畴结构的发现。实施应变调控在钪酸盐衬底上制备出一系列超薄的PbTiO3铁电薄膜，利用具有原子尺度分辨能力的像差校正电子显微术，不仅发现通量全闭合畴结构及其新奇的原子构型图谱，而且观察到由顺时针和逆时针闭合结构交替排列所构成的大尺度周期性阵列。在此基础上，揭示了周期性闭合结构的形成规律，发现在一定的薄膜厚度范围内由通量闭合结构构成的周期性阵列的周期大小与薄膜厚度之间成线性关系；推导出闭合结构核心处超大的应变梯度以及整个闭合结构中巨大的长程弹性应变梯度；计算出闭合结构核心处迄今报导的最高量级弯电常数。该项工作改变了之前探求通量闭合铁电畴结构的研究思路，进一步完善了通过失配应变调制铁电材料畴结构和物理特性的重要性和有效性，解决了铁电领域畴壁组态方面数十年来悬而未决的重大基础科学问题（Science 2015）。通过调控三维应变状态，可控制备出二维通量全闭合周期性阵列，并构建了可以预测二维全闭合阵列存在条件的相图（Nano Letters 2017a）。发现周期性的通量全闭合畴结构可以稳定在对称电极中，颠覆了之前人们认为电极会阻碍全闭合畴形成的认识（Appl.Phys.Letts.2017）。

2、马秀良发现位错是可用来有效调控材料物理特性的新组元。利用高通量脉冲激光沉积技术，通过调控异质界面位错的柏氏矢量，成功构筑出具有巨大线性应变梯度、超低弹性能以及特殊物理特性的功能氧化物纳米结构。发现位错阵列具有晶格旋转效应，使生长在LaAlO3（001）沉底上的BiFeO3纳米结构中产生巨大的线性应变梯度以及数兆伏/m的内建电场，同时也大幅度拓宽了BiFeO3纳米结构的可见光吸收范围。该项工作改变了科学家对功能材料中有关位错作用的传统认识：位错未必是一定导致某些物理特性降低的结构缺陷，而是能被用来有效调控甚至产生优异物理特性的新组元。该项研究提供了如何利用位错的特性构筑具有连续带隙变化的梯度功能材料的概念、原理及方法（Nature Communications 2017）。

3、马秀良发现超薄铁电薄膜中强极化的可持续性现象。通过构筑在界面处同时具有化学价态不连续与铁电极化不连续的PbTiO3/BiFeO3异质薄膜体系，在铁电异质界面发现极化巨大增强现象，提出了电荷传递新机制并证实在上述构筑理念下极化巨大增强现象的普遍性（Nano Letters 2017b）。提出充分利用异质界面两侧不同的自由度，并且利用电极能够屏蔽退极化场的存在等原理，构筑了PbTiO3/La0.7Sr0.3MnO3铁电电极界面体系，发现不同厚度的PbTiO3超薄薄膜自界面至表面均存在着面外晶格常数增强的现象。该研究不仅解决了10纳米以下厚度范围超薄铁电体极化可维持性的难题，也为探索新型铁电界面效应提供了崭新思路（Advanced Materials 2017）。

根据2020年6月中国科学院金属研究所官网显示，马秀良在Science，Nature Materials，Nature Communications，Physical Review Letters等国际学术期刊上发表论文250余篇。

[1]Wang, Xue, Zhu,等. Misfit Strain Relaxation by Secondary Phase Formation in Multiferroic BiFeO3 Epitaxial Thin Films[J]. MRS Proc, 2009.

[2] Zheng S J , Wang Y J , Zhang B , et al. Identification of MnCr2O4 nano-octahedron in catalysing pitting corrosion of austenitic stainless steels[J]. Acta Materialia, 2010, 58(15):5070-5085.

[3] Shao X H , Yang Z Q , Ma X L . Strengthening and toughening mechanisms in Mg–Zn–Y alloy with a long period stacking ordered structure[J]. Acta Materialia, 2010, 58(14):4760-4771.

[4] M.J. Zhuo. Dislocations in charge-ordered PrCaMnOepitaxial thin films prepared by a two-step growth technique[J]. Philosophical Magazine Letters, 2010, 90(5):323-336.

[5] Zhu Y L , Zheng S J , Chen D , et al. Microstructure tuning of epitaxial BaTiO_(3-x) thin films grown using laser molecular-beam epitaxy by varying the oxygen pressure[J]. Thin Solid Films, 2010, 518(14):p.3669-3673.

[6] Zhu Y L , Zheng S J , Ma X L , et al. Microstructural evolution of PbZr(x)Ti(1-x)O(3)/PbZr(y)Ti(1-y)O(3) (n) epitaxial multilayers (x/y=0.2/0.4, 0.4/0.6) - dependence on layer thickness[J]. philosophical magazine, 2010, 90(10):1359-1372.

[7] Y. L. Zhu, S. J. Zheng, X. L. Ma,等. Microstructural evolution of [PbZrxTi1–xO3/PbZryTi1–yO3]nepitaxial multilayers –dependence on layer thickness[J]. philosophical magazine a, 2010, 90(10):1359-1372.

[8] 唐兆俊.王君伟.朱银莲.马秀良.等. 多铁性BiFeO3/SrTiO3多层膜的透射电镜研究[J]. 电子显微学报，2010，029（004）：338-343.

[9] Chen D , Wang Y M , Ma X L . Size-effect on stress behavior of the AlN/TiN film[J]. Acta Materialia, 2009, 57(8):2576-2582.

[10] M.J. Zhuo. Dislocations in charge-ordered PrCaMnOepitaxial thin films prepared by a two-step growth technique[J]. Philosophical Magazine Letters, 2010, 90(5):323-336.

根据2020年6月中国科学院金属研究所官网显示，马秀良已合作撰写学术专著2部、合译专著1部。

马秀良等.电子显微学进展[M].北京：科学出版社，2003.

马秀良等.走进材料科学[M].北京：化学工业出版社，2003.

人才培养

作为中国科学院金属研究所固体原子像研究部团队的核心，马秀良平时很少对团队成员做非常具体的要求，而是尽可能给大家营造一种宽松的学术氛围，但在这种环境里每个人都有一种积极向上的力量。“我以符合国际惯例的学术理念，把大家推上一个快车道，在这个快车道上有那么几个领头羊，大家谁也不甘落后、谁也不甘掉队。大家不以发表论文的数量多少论英雄，而以解决重大基础性科学问题为驱动。”正是这样的良性循环，使团队始终处在一种螺旋式上升的发展趋势中。“基础研究不是一蹴而就的，需要长期的学术积累，不可以急功近利”，在马秀良看来，科学研究的原动力是对探索未知的热情，首先要有浓厚的兴趣。“科学家是一个国家的战略高地，同时我也认为科学家是一个非常浪漫的职业：做着国家和自己都感兴趣的事情”。

根据2020年6月中国科学院金属研究所官网显示，马秀良担任研究所博士研究生导师，招生专业为材料物理与化学；招生方向为：1.材料基础科学问题的电子显微学研究，2.材料界面与缺陷的原子及电子结构，3.像差矫正电子显微学及其应用。

根据2020年6月中国科学院金属研究所官网显示，马秀良讲授《电子衍射与衍衬分析》课程。

荣誉表彰

社会任职

根据2020年6月中国科学院金属研究所官网显示，马秀良任中国科学院金属研究所学术委员会主任、所学位评定委员会委员；沈阳材料科学国家研究中心材料结构与缺陷研究部主任；第十二届辽宁省政协委员；九三学社社员；中国科学技术大学博士生导师；中国电子显微学会副理事长、常务理事；中国电子显微学会物理与材料专业委员会主任；中国微米纳米技术学会副理事长；辽宁省电子显微镜学会常务副理事长；中国科学院东北区域中心电子显微镜学会主席；中国晶体学会理事；中国物理学会会员；中国物理学会固体缺陷专业委员会委员；兼任英国《自然（Nature）》出版集团Scientific Reports编辑委员会委员、APL Materials编辑咨询委员会委员、英国Materials Letters杂志编辑委员会委员、Progress in Natural Science --Materials International杂志编辑委员会委员、Current Smart Materials编辑委员会委员、《中国电子显微学报》编辑委员会委员。

个人生活

在固体原子像研究部，经常会出现这幕情景，博士生到毕业时间了而且也达到毕业要求了还迟迟不肯答辩，即使答辩毕业了也不愿意离开，很多学生在博士毕业后把能够留在研究团队继续工作作为自己的追求。事实上，这支研究团队早已像一个大家庭，到处充满了温馨的家的氛围。这一切也都源于马秀良对学生们热切的关心与默默的帮助。

在攻读博士学位期间，法国国家科学研究中心的一个冶金学实验室和德国多特蒙德大学的Uwe K ster教授都向他伸出橄榄枝，马秀良最终选择了德国。刚到德国的马秀良顿感大开眼界。先进的实验条件，使他兴奋得好似如鱼得水；还有德国人做事的认真和德国教授治学的严谨至今让马秀良难忘。“我突然明白郭先生那种严谨的治学态度与他早期留学欧洲的经历不无关系”，这也使马秀良倍加珍惜这份难得的学习机会。此后，马秀良还在日本名古屋的日本精细陶瓷研究中心做研究。但2001年4月，马秀良携一家三人回到了沈阳。那时总有人问他，在国外做得好好的，为什么突然选择回国？马秀良也总回答说，“这个道理很简单，回国就是回家，而回家是不需要什么理由的。我们每年春节有上亿人不管路途多么遥远不管旅途多么艰难，都要往家里赶，为什么？那是对家的眷恋、对家的爱，也是对家人的义务。同样，回国发展为国效力，为祖国的科学事业贡献一份力量，那就是对家的回报。”

人物评价

马秀良先后花了10余年的时间一共发现了13种与准晶结构密切相关的新物相，并将之归纳为单斜和正交两大点阵群族；他建立系列新物相的结构模型，提出了“准晶相是上述两大晶体群族中共有的极限成员（单胞无穷大）”重要观点。这些重大研究发现，一方面极大地丰富了早期人们通过X射线衍射方法建立起来的合金平衡相图，另一方面也为一些Al合金的成分设计以及合金使役行为的研究提供了重要的基础结构信息。在对铁电材料的研究方面，马秀良也做出了重要贡献。（《科学中国人》评）

“近年来他及其领导的研究团队在铁电材料畴结构以及金属局域腐蚀初期形核机制等基础科学问题的像差校正电子显微学研究方面相继取得一系列具有重要国际影响力的研究成果。”（中国电子显微学会“钱临照奖”获奖理由）

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