文/傅雙僑 王艷
隨著材料科學的發(fā)展，現(xiàn)代技術對材料的特殊要求越來越多，常規(guī)物理、力學性質的材料已經不滿足特定的要求，所以涌現(xiàn)出大量的智能材料。負泊松比材料是具有受拉脹或者受壓收縮性質的一種材料，屬于一種智能材料，是一種具有較高工程應用價值的功能材料。負泊松比結構以其特有物理性能，在紡織品、航空航天、軍事裝備、汽車結構設計、工程器械、醫(yī)療器械、減震和防沖擊裝置、傳感器和智能過濾器等多個領域均得到應用，也因此吸引了越來越多的學者開展負泊松比材料的研究。
生于1988年的任鑫，現(xiàn)為必贏3003no1線路檢測中心必贏3003no1線路檢測中心副教授，碩士生導師。多年致力于負泊松比材料與結構的研究，并取得了一系列創(chuàng)新成果。依托學校資源，近年來主持了包括國家自然科學基金面上項目和青年項目、江蘇省自然科學基金等多項重要項目，在負泊松比材料與結構的研究領域做出了積極工作和重要貢獻。
投身研究 聚焦科研結碩果
2010年，任鑫畢業(yè)于安徽大學電子科學與技術學院，獲得學士學位。隨后到到中南大學交通運輸與工程學院開始了研究生的學習。2014年至2017年，他在澳大利亞皇家墨爾本理工大學土木工程系，攻讀博士學位并擔任研究助理。2017年底，任鑫以海外高層次人才的形式加盟必贏3003no1線路檢測中心，2018年被評為南京市中青年拔尖人才。
“很感謝我的博導，澳大利亞工程院院士謝億民教授的高瞻遠矚，為我選擇了負泊松比材料與結構的研究方向，現(xiàn)在這一研究方向是極具研究前景的?！比析握f道。
選擇一行，就要熱愛一行。在國外留學期間，任鑫在智能材料與結構領域的權威期刊Smart Materials and Structures上發(fā)表了兩篇封面論文，其中一篇被評為2015年度精華論文。此后，在任鑫博士畢業(yè)的最后一年，他收到了該期刊發(fā)來的“負泊松比材料與結構”領域相關的綜述邀稿，后來投稿并發(fā)表了一篇題為《Auxetic metamaterials and structures: a review》的綜述論文，該文截至目前引用數(shù)已達到251次，被Smart Materials and Structures期刊評為該期刊見刊以來“閱讀量前十”的論文（下載量超萬次），同時也是一篇ESI高被引論文。
回國工作以后，任鑫在搜索中文文獻的過程中發(fā)現(xiàn)，詳盡地介紹“負泊松比材料和結構”的綜述性文獻比較少、發(fā)表年份比較久遠。為此，他撰寫了題為《負泊松比材料和結構的研究進展》的詳盡中文綜述論文，并在國內權威期刊《力學學報》上發(fā)表。不到兩年的時間，該文下載量達到了2570余次。此外，任鑫在負泊松比材料和結構方面的研究成果也多次得到了國內外學術專家的認可。其中，中國力學學會理事長、北京理工大學副校長方岱寧院士曾在包括“中國力學大學·2019”、“第一屆全國超材料大會”等多個主旨匯報中介紹了他的研究工作及成果。伍珀塔爾大學固體力學主席也大篇幅引述了任鑫的研究工作。與此同時，任鑫還申請國家自然科學基金，在連續(xù)申報的兩個年度先后獲批題為《三維金屬負泊松比超材料設計及其力學性能研究》和《嵌合負泊松比泡沫的新型混凝土材料的設計及力學性能研究》的國家自然科學基金青年項目和面上項目。這兩個都是關于“負泊松比”的項目先后立項，研究課題得到了評審專家們的充分認可。這更加堅定了任鑫繼續(xù)開展負泊松比材料和結構研究的決心。
千里之行，始于足下。作為“第一個吃螃蟹的人”，任鑫首次提出了用模態(tài)比例因子設計三維金屬超材料的方法；成功將模態(tài)比例因子法推廣到設計負泊松比管狀結構；設計和制備了世界上首個能同時在壓縮和拉伸下表現(xiàn)出負泊松比的管狀結構；設計和制備了世界上首個具有負泊松比效應的釘子；設計和制備了首個能在大變形下表現(xiàn)出具有負泊松比并具有周期胞元的金屬超材料。一路上的攻堅克難，任鑫用多項耀眼成果，妝點了自己的科研創(chuàng)新之路。
深耕科研 促進科研成果的推廣與運用
作為被研究得最多的力學超材料之一，負泊松比超材料能表現(xiàn)出反常規(guī)的變形行為。在受到豎向壓縮（拉伸）時，這些材料會橫向收縮（擴張）。因其具有的特殊力學性能，負泊松比材料有著廣闊的應用前景，如血管支架、傳感器、過濾器、隔音器、能量吸收等。
針對影響負泊松比材料推廣與應用所亟待解決的問題，為設計出力學性能更優(yōu)的三維金屬負泊松比超材料，任鑫帶領團隊開展了“三維金屬負泊松比超材料設計及其力學性能研究”的國家自然科學基金青年項目研究。
項目還運用 3D 打印技術制備少量的三維金屬超材料以驗證有限元模型同時測試三維金屬超材料的力學性能、特別是負泊松比變形性能的研究。據介紹，該項目的成功實施，將設計并制備出具有更大負泊松比效應和具有更大有效應變的三維金屬負泊松比超材料，從而極大地促進負泊松比材料在吸能、防沖擊、抗震等領域的推廣與運用。
聚力學術研究創(chuàng)新 解決實際工程問題
混凝土具有造價經濟、耐火性好和抗壓強度高等特點，是建筑結構中應用最為廣泛的一種材料。但混凝土的開裂問題一直是混凝土科學研究的難點和熱點?；炷灵_裂的原因有很多，如外部荷載、溫度變化、收縮和凍脹等因素，其中外部荷載引起的裂縫是最為普遍的一種情況。混凝土具有較高的抗壓強度但其抗拉強度通常不及抗壓強度的十分之一，因此在受到拉應力時極易發(fā)生開裂。為了彌補混凝土材料的抗拉強度不足，實際工程中通常將鋼筋和混凝土兩種材料結合在一起共同工作。但鋼筋本身易發(fā)生銹蝕，也會加劇混凝土裂縫的擴展，甚至導致混凝土保護層剝落，嚴重影響混凝土結構的耐久性。
任鑫說道：“每年結構的維護給國家?guī)砹司薮蟮呢斦摀?，對于關系國家命脈的重大工程，結構損傷導致的大型橋梁和建筑物垮塌將造成不可挽回的慘重損失。因此，研究能有效緩解混凝土開裂和剝落的方法具有極其重要的工程意義。”瞄準國家重大需求，任鑫迎難而上，長期堅持帶領團隊致力于負泊松比材料相關的學術研究創(chuàng)新，解決實際工程問題。
為解決現(xiàn)有混凝土材料易開裂、易剝落等問題，任鑫帶領團隊開展了“嵌合負泊松比泡沫的新型混凝土材料的設計及力學性能研究”國家自然科學基金面上項目的研究。
他介紹，負泊松比泡沫材料以其良好的抗剪切性、抗凹陷性、斷裂韌性和疲勞耐久性等優(yōu)點在諸多領域具有廣泛的應用價值?；炷林胸摬此杀炔牧系囊肟梢杂行Ц纳苹炷帘砻娴膽Ψ植己烷_裂現(xiàn)象。負泊松比材料具有良好的抗凹陷性能，受壓時其附近區(qū)域的材料會迅速向受壓區(qū)域聚集，有效減小材料的受壓變形。在軸向受壓的混凝土材料的側向包裹負泊松比泡沫材料具有兩方面的優(yōu)勢：一方面，混凝土材料在受壓時會發(fā)生側向膨脹，對包裹于外部的負泊松比泡沫材料會產生壓力，使負泊松比材料向受壓區(qū)聚集，可對混凝土的開裂起到約束作用；另一方面，可減輕由于混凝土開裂剝落產生的粉塵和顆粒物對環(huán)境的污染。“通過負泊松比泡沫材料與混凝土材料的有機結合，設計和制備出一種耐久性高且節(jié)能環(huán)保的新型混凝土材料，將極大地促進新材料在土木工程中的應用與推廣。”任鑫說。
注重學生科研素質與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)
多年的科研工作經歷，帶給任鑫更多的思考，他不但埋下頭來搞科研，還注意下一代的培養(yǎng)。作為一名碩博導師，任鑫目前指導15名研究生，與澳大利亞工程院院士謝億民院士共同指導1名博士研究生和1名碩士研究生。此外，任鑫還指導多項大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，獲得了諸多榮譽。指導本科生參加江蘇省大學生土木工程結構創(chuàng)新競賽獲“省級特等獎”；指導本科生和研究生組隊參加第五屆江蘇省力學青年創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽獲得了“省級二等獎”。
對于學生科研素養(yǎng)的培養(yǎng)，任鑫有自己的見解。在任鑫看來，對大學生科研素養(yǎng)的培養(yǎng)應該從大一新生開始。“從指導創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽的經驗來看，我發(fā)覺大一新生剛入學，對于創(chuàng)新和科研很有想法。應從大一新生中選拔有想法、敢創(chuàng)新、熱愛科研的學生重點培養(yǎng)?！比析握f道。
與此同時，任鑫每周都給研究生開組會，同時也邀請參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽本科生一起參加。任鑫說：“大一新生沒有科研的固定性思維，因此敢提問、愛提問、敢于表現(xiàn)自己，這樣有利于富有創(chuàng)意的好想法產生。以科研為指引，讓本科生參與組會當中，使得本科的課程不再只是理論，學生將科研項目和問題帶到理論學習中，有利于本科生科研素養(yǎng)的培養(yǎng)?！?/span>
談到創(chuàng)新，任鑫表示，自己常鼓勵學生要學會“胡思亂想”，放開自己的思維。同時，他認為創(chuàng)新需要基礎，因此引導學生了解行業(yè)領域的情況，了解行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實需求和存在的實際問題，建議學生通過廣泛閱讀，建立牢固的知識體系。此外，也應加強老師與學生跨學科的意識。任鑫表示，從目前來看，單一學科的基礎性創(chuàng)新越來越難，但跨學科領域的創(chuàng)新相對簡單一些。跨學科和多學科交叉的創(chuàng)新要求老師和學生具有更廣的知識面、能打破舊有的傳統(tǒng)學科的思維定式，因而需要老師和學生都具有極強的和可持續(xù)的學習能力，也就是終身學習的能力。作為教師更應該以身作則，增強持續(xù)不斷的學習。
2020年，任鑫獲得了“南工勸業(yè)杯”第五屆江蘇力學青年創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽“優(yōu)秀指導教師”的殊榮?！皹s獲優(yōu)秀指導教師是榮譽也是責任，未來，我會繼續(xù)不忘初心，勤奮教學，深耕科研、帶好團隊，為國家和社會做出應有的貢獻。”他表示。
【學者簡介】
任鑫，男，1988年4月出生于湖南長沙，中國致公黨黨員，博士，副教授，碩士生導師。主要從事新型材料與結構、拓撲結構優(yōu)化方面的研究。作為負責人共主持包括國家自然科學基金面上項目、國家自然科學基金青年項目、江蘇省自然科學基金項目、江蘇省留學回國人員創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目在內的縱向項目7項，作為主要研究人員共參與澳大利亞國家科學基金項目3項。已授權國家專利20項，申請國家專利30余項，PCT國際專利2項。曾擔任第8屆和第9屆澳大利亞中國博士生及青年學者優(yōu)秀論文報告會分會場主席、2014年澳大利亞皇家墨爾本理工大學研究生論文報告會口頭會場主席。當選江蘇省僑聯(lián)青年委員會委員、澳大利亞維多利亞州皇家學會成員、南京浦口歐美同學會（南京浦口留學人員聯(lián)誼會）秘書長、南京歐美同學會（南京留學人員聯(lián)誼會）理事，并擔任國家自然科學基金評審專家、兼任國際負泊松比材料和結構學術委員會委員（中國大陸唯一）。曾獲得第2屆澳大利亞計算力學大會“最佳論文獎”、2016年度Centre for Innovative Structures and Materials 的“杰出研究獎”、澳大利亞皇家墨爾本理工大學2017年度“研究影響力獎”、英國物理學會期刊2019年度“杰出審稿人”、南京歐美同學會2020年度“先進工作者”等榮譽。
