文／徐　飛

　　2022 年11 月5 日， 期待已久的“ 中國力學大會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，“復合材料多層級變形及破壞行為關聯(lián)性理論”獲得了第七屆中國力學學會自然科學一等獎。這是該獎項設立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，北京航空航天大學航空科學與工程學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，并且是以學生身份完成該獎項相關工作的。

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

　　提出“超材料”設計理念

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

　　潘飛和導師提出了“剛度閾值”新概念，對局部具有低維離散結構的纖維的力學性能建立了有效的新評價指標，成功解決了其性能預測和評判的難點問題。在此基礎上，他發(fā)現(xiàn)了纖維網絡的面內- 面外剛度非經典關系。他提出的數(shù)據指標和判別標準被ChemTec 出版的復合材料手冊收錄，剛度閾值公式被用于復材性能推導，理論模型被用于航空輕質復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構的多重彎曲失效模式及其尺寸效應。建立的彎曲剛度解析關系被諾貝爾獎得主A. K. Geim 等用于設計新結構，理論模型被用于自組裝薄膜材料的性能分析和新型結構設計。

　　基于研究成果積累，潘飛最終提出了可編程定制力學性能和變形的超材料設計理念。所謂力學超材料設計，是指通過人為設計材料的微結構（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。更為關鍵的是，通過對基本單元的力學設計，能在完成材料加工之后對性能進行定制化調節(jié)。他提出了“三維像素”新概念設計，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/結構的設計維度和性能區(qū)間，成功實現(xiàn)了簡便快捷地根據目標需求對材料力學性能的定制和在線重定制?；诮Y構雙/多穩(wěn)態(tài)，潘飛提出了低功耗形狀可重構材料/ 結構的設計策略，實現(xiàn)了超快大幅可重構智能結構。

　　潘飛的研究成果引起了學術界的極大興趣。他在NatureCommunications、Science Robotics、Journal of the Mechanics and Physics of Solids、Advanced Materials 等權威期刊發(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2 項。

　　“超材料”背后的超級探索力

　　在接受采訪時，潘飛曾經坦言他從童年玩具“啪啪圈”獲得靈感而產出頂級學術論文的趣事。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）已經是潘飛來到北航的第14 年。從本科學習至今，他一直都在這里，在科研領域里上下求索，不斷突破學術界限。目前，潘飛已經集齊本科、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計與工程專業(yè)。在大學本科階段，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習氛圍中，為后來的學術發(fā)展打下了堅實的專業(yè)基礎。

　　在專業(yè)課學習過程中，潘飛對力學的興趣逐漸濃厚。也許興趣便是最好的機緣，大三時，潘飛進入飛行器結構強度系陳玉麗教授團隊參加本科生科研訓練，并繼續(xù)攻讀碩士學位。在碩士研究生學習期間，他圍繞納米纖維網絡材料的力學性能開展研究，取得了一定的科研成果。

　　在興趣和求知的驅使下，潘飛選擇了碩博連讀，繼續(xù)攻讀博士學位。為了讓自己的研究視野更加開闊，在攻讀博士學位期間，潘飛選擇在國家納米科學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)先進材料力學性能研究探索工作，另一方面與材料、化學的學者交叉合作，利用力學解決他們在材料設計制備中的問題。

　　興趣總能激發(fā)新的探索點，潘飛對力學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，他把力學分析和結構設計應用于軟體機器人設計，取得的成績有目共睹。他基于自己研究的超材料/ 結構學術成果而設計出的軟體抓持器，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術論文獎。除此之外，他還獲得了2015 年北航博士新生獎學金、2016 年北航博士生卓越學術基金、2016 年博士研究生國家獎學金、2017 年和2019 年工信部創(chuàng)新獎學金、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)上自適應智能結構的需求，通過復合材料和微結構設計、多尺度力學分析等方法，構建新型的可調性能可調形狀的智能結構。他一方面繼續(xù)要在學術前沿探索新的設計理念和方法，另一方面也要積極探索這些新概念設計在實際工程中的應用，不斷為國人騰云潛海提供助力。

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