【团队简介】
李晓娜，教授，博士生导师。主要研究方向为功能薄膜及高性能铜合金设计，主要以“中性合金化”学术思想，结合 “团簇加连接原子”成分设计方法和透射电子显微分析特长，研发了高稳定铜基薄膜、高熵薄膜、耐高温铜基超合金及低偏析铜合金等。主持国家自然科学基金面上项目、重点研发项目、辽宁和江苏省自然科学基金及校企合作项目等。在Acta.Mater, Adv.Sci, Corros.Mater, MSEA, Scripta等期刊上共发表SCI/EI学术论文100余篇，授权国家发明专利14项，PCT国际发明专利1项。主编教材70万字教材一部《材料微结构分析原理与方法》。
【科研展示】
1. 立方形态共格析出的耐高温铜基超合金设计
将立方形态共格析出强化机制引入耐高温铜基超合金设计，获得了软化温度高于1000℃的常规耐热Cu合金，使我国在高温Cu合金领域形成有原创性和核心专利的自主知识产权，目前已初步应用于军工领域。
在宽的成分范围内，通过成分及热处理工艺调控获得了一系列立方状γ′共格析出强化Cu-Ni-Al合金。这些合金具有优异的综合力学性能，高熔点，以及1273K或大于1273K的软化温度。与其它铜合金相比，立方γ′相共格沉淀强化合金在高温、重载等苛刻的使役环境下具有巨大的潜力。此外，这种新型高温铜合金，除了良好的高温强度，还可在高温下原位形成CuO自润滑层，有自修补特性，导电和导热性能良好，有效耗散摩擦热，降低接触区温度，且具有一定的耐蚀能力。采用团簇加连接原子模型，对耐高温铜合金进行多组元化成分设计，旨在提升铜基合金综合性能，为根据不同的服役条件来选择合适的合金成分提供有效解决方案。
这部分工作得到国家自然科学基金面上项目的支持，获得发明专利四项，研究成果发表在Acta Materialia，Composites Part B, Corrosion Science, Journal of Alloys and Compounds等期刊上。
2. 高熵合金薄膜研究
通过分析弱相互作用组元 V 以及强相互作用组元 O 对 NbMoTaW 薄膜的组织及性能的影响，证实在添加不同元素过程中存在原子间相互作用力及局域结构的变化。相关结果已经授权两项国家发明专利，论文分别发表在Applied Surface Science和Surface and Coatings Technology期刊上。
通过本征氧化在纳米柱状晶 CoCrFeNi 薄膜内形成了一种新颖的核壳结构向高熵薄膜中加入不同元素可以有效调控原子间的交互作用，改变壳核结构的形成，进而改变薄膜性能。这有助于深入研究软磁高熵薄膜的磁性行为，并为这些独特材料构建有前途的材料设计策略，相关结果发表在 Advanced Science上。
逾渗理论为揭示高熵薄膜电阻率与饱和磁化强度(MS)在特定非金属掺杂含量下的突变行为提供了合理解释。在电学性能方面，空位八面体含量达到逾渗阈值时，电阻率发生跳跃式变化，该现象已经在NbMoTaW-N和CoCrFeNi-O等体系中得到验证。在磁学性能方面，CoCrFeNi薄膜在低氧端(Cr-O-Cr键逾渗)与高氧端(M-O-M键逾渗)分别产生MS突变现象；这表明性能突变由逾渗单元的类型主导，对于高熵合金薄膜的功能性成分设计具有重要意义。相关成果发表在Acta Materialia和Scripta Materialia上。
3. 高弹Cu-Ni-Sn合金成分设计及制备
针对高功率电子元器件精密接插端子用铜合金带材的国家重大需求，实现其国产化，利用稳定固溶体团簇模型优化设计了合金成分，解决了Cu-Ni-Sn合金的不连续析出问题，建立了三元成分解析方法，为多组元合金设计提供理论依据。
由于组元间的熔点相差较大，Cu-Ni-Sn系合金会在凝固时产生严重的偏析，且在时效时有大量的不连续析出相生成，破坏其使用和加工性能。选择 Si、Zn 作为第四组元，发现添加 Si 可减小 Cu80Ni15Sn5 合金的固液相线间距，同时Si可以使合金铸态局部产生的α+γ层片状组织完全消失，并可以抑制时效时不连续析出相的产生。而 Zn 抑制不连续析出相的效果虽然没有添加 Si 的合金好，但其因完全固溶于合金基体中，产生较好的固溶强化效果、以团簇形式固溶可以较小地影响合金导电性、具有突出的高温稳定性以及长时间时效后的综合性能优势。Si 和 Zn 协同添加时，不仅有效抑制了晶界不连续析出，还提升了合金强阻比。以“团簇+连接原子”模型设计的系列 Cu-Ni-Sn-Si(Zn)及Cu-Ni-Sn-Si-Zn 合 金 硬 度 、 导 电 率 均 优 于 相 同 热 处 理 状 态 下 的 C72900合金。
这部分工作受到国家重点研发计划资助；研究成果发表在Materials&Design，Intermetallics，Journal of Alloys and Compounds等期刊上。
4. 高稳定性低电阻率Cu合金薄膜的制备及表征
针对超大规模集成电路Cu互连的瓶颈问题，根据中性合金化原理，将难溶元素经化学近程序稳定分散在Cu晶格中，提高稳定性的同时兼顾导电性，有效简化了Cu导线制备工艺，获得了高稳定性、低电阻率的三元Cu合金薄膜。
Cu种籽层中直接加入少量元素来制备无扩散阻挡层Cu互连结构是超大规模集成电路发展的一个重要方向。将稳定固溶体团簇模型应用到无扩散阻挡层Cu互连薄膜中。采用磁控共溅射法，选择Mo、Nb、Sn等作为第三组元，制备共掺杂的稀Cu合金薄膜，研究掺杂成分和相应的团簇结构对Cu膜的微结构和性能的影响。证明了(M-Ni12)团簇这种掺杂方式可以有效抑制退火过程中的Cu-Si互扩散，并且不阻碍Cu的再结晶和晶粒长大，在提高稳定性的同时保持较好的电性能。高稳定性低电阻率Cu合金薄膜的制备成功，简化了现有的Cu导线制备工艺，有效地降低整体电阻。
这部分工作得到国家自然科学基金面上项目和辽宁省自然科学基金的支持，研究成果发表在Applied Physics Letters，Applied Surface Science, Surface & Coatings Technology，Journal of Materials Research和Journal of Electronic Materials等期刊上。获得PCT国际专利一项（主权国家：美国和中国）。
【培养特色】
本团队目前承担硕士研究生培养任务7人、博士研究生 2 人。团队始终恪守 “以生为本、知行合一” 的育人理念。本团队主要是从成分设计角度出发，注重合金及薄膜的微结构表征与分析，因此致力于培养学生的动手能力、逻辑分析能力，使学生成为具有扎实专业基础、创新思维能力和社会责任感的高层次人才。
【育人成果】
当前，本团队已毕业27名硕士，3名博士。研究生毕业后去向多元：博士毕业生均选择在国内院校从事教书育人与科研工作；部分硕士毕业生前往国内外知名学府（西湖大学（与浙江大学联合培养））继续攻读博士学位；部分硕士毕业生入职大连船舶推进器有限公司等国企；部分硕士毕业生入职英特尔、京东方、中芯国际、芯恩等企业；部分硕士毕业生通过选调生进入体制。
【招生事项】
招生类型
硕士推免生（学术学位/专业学位）/硕士统考生（学术学位/专业学位）/直博生（学术学位/专业学位）/硕博连读（学术学位/专业学位）/申请考核制博士生（学术学位/专业学位）
招生导师
硕士生导师：李晓娜
博士生导师：李晓娜
招生科研方向：功能薄膜的合成及表征、高性能铜合金、材料微结构分析
招生专业：材料科学与工程、材料工程
联系方式： lixiaona@dlut.edu.cn
