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一……
学，到莫斯科钢铁学院物理化学系学习，历时
五年半，获冶金工程师称号。１９６０年取得学
位的他立即回国，被
分配到位于沈阳的中国
科学院金属研究所工作。当时，新中国百废
< br>待兴，东北无论工作条件或生活条件都十分
艰苦，但立志科学报国的闻立时对此
却全然
不顾，他毫不动摇地扎根于此，并度过了此
后整整半
个世纪的人生历程。
闻立时于１９７９年到１９８１年获西德马普奖学
金，在马普金属研究所粉末冶金实验室作博
士后访问学者；
ｌ９８８年和１９８９年先后两次赴奥
地利科学院固体物理研究所作访问学者；
１９９４年到德国夫琅和费表面涂层物理研究所
作
访问学者；１９９６年在美国华人的ＡＮＣ公司
担任总工程师和科技顾问。
闻立时院士还担任了中山大学／太阳能系
统研究所学术
委员会主任、华南理工大学、
西北工业大学、北京科技大学、兰州大学
、
华中科技大学／武汉光电国家实验室教授、中
南大学名誉教授、中南大学物理和技术学院
首席教授、大连理工大学材料学院院长
、三
束材料改性国家重点实验室学术委员会主
任、电子科技
大学电子薄膜与集成器件国家
重点实验室学术委员会主任，微电子材料与
器件集成国家重点实验室学术委员会主任、
天津大学先进
陶瓷与加工技术教育部重点实
验室学术委员会主任、中国科学院金属研究
所学术委员会委员。英国表面工程（
Ｓｕｒ
ｆａｃｅ
Ｅｎｇｉ
ｎｅｅｒ
ｉ
ｎｇ）国际顾问委 员会委员、Ａｓｉ
ａｎ
Ｉ
ｎｔ
ｅｒ
ｉ
ｆ
ｎｉ
ｓ
ｈ国际委员会成员、国家自 然科学基
金委员会材料与工程科学部评审委员会委
员、中国
空间学会理事及空间材料专业委员
会副主任、中国金属学会理事及材料学会理
事、中国离子表面优化协会副理事长、中国
真空学会理事、中国机械
工程学会表面工程
分会副主任委员、中国表面工程协会热喷涂
分会理事、全国金属和非金属覆盖层标准化
技术委员会副主任委员，军用表面工程国
防
重点实验室学委会委员、教育部先进陶瓷开
放实验室学术
委员会主任、“十一五”国家
重大安全基础研究项目“纳米电子信息功能
材料”项目专家组组长、
“９７３高性能碳／碳
２０１<
/p>
２年第９卷第２期
（总第４７期）
复合材料”项目专家组成员。他还是
《无机
材料学报》、<
/p>
《硅酸盐学报》、
《薄膜科学
与技术》编委、国家高
技术８６３—４０９主题第七
专题专家论证组成员，湖南省院士顾问团成
员、深圳太阳能学会荣誉理事长。
二、主要研究领域和学
术成就
在小型火箭发动机喷管耐高温涂层、返地
卫星回收天
线耐高温涂层、潜一地导弹遥测
天线耐高温涂层、战略和战术弹道弹头隐身
材料等项目研发方面作出了重大贡献，先后
荣获国家科技进步奖特等奖
和三等奖各１项、
中科院科技进步奖一等奖和三等奖１
项、辽宁
省重大科技成果奖２项，并被评为国家“８６３计
划”项目七五先进个人、中科院重大科研项
目先进个人、国家军品配套重点科研计划项
目先进个人、国家级有突出贡献的专家、辽
宁省及沈阳市优
秀专家。此外，还研制出具
有九十年代先进水平的工业型离子镀和磁控
溅射镀膜机；完成了镍铬铝钇抗热腐蚀镀层
等多项中试及一台份工业燃气轮
机和四台份
航空发动机共１４４０只叶片的镍铬铝钇镀层任
务，实现了工业化生产，并经检查合格已装
机使用；在国家自然科学基金重大项目中，
完成了气相生长金刚石辐照场和流场传热模
拟计算、实验验证及工业反应器设计原理研
究，申报专利三项，推进了金刚石膜的实用
化，在国家验收中被评为特优。
（一）提出
了纳米复合隐身原理，并研制
出高性能隐身材料
１．开创性
地提出纳米复合隐身材料的学
术思想、微观物理模型和基本理论框架。其
内容主要包括以下７方面：
（１）吸收电磁波的前提条件
有二：一是
电磁波进入材料；二是材料具有高效电磁波
能量
转化机制。纳米复合隐身材料的学术思
想认为：上述两个前提条件是利用材料纳米 <
/p>
结构的低维效应和纳米复合效应来实现的。
（２
）利用超薄金属膜的经典透射效应、
电导率经典尺寸效应和量子尺寸效
应及量子
渗流等低维效应，可使电磁波充分进入材
料，以便
材料的吸波机制得到充分发挥；
（３）提出并分析了纳米结构电磁波响
应
振动膜的物理模型。指出：雷达波的吸收有
赖于纳米结构
具有的等离子体共振、等离子
体界面波激发和衰减、纳米铁磁共振、纳米
铁电共振等机制的作用；
（４）分析了纳米结构电磁响应
模的频谱
特性后认为，通过选择合适的纳米结构特征
尺寸，
调节低维材料的表观电子浓度和改变
其等离子体共振频率，可移动峰位，调节带
宽和增加峰数；
（５）分析研究了材料电子体系／
行波场耦
合物理模型、耦合方程及影响能量转化效率
的特征
条件参量，其中包括电子一行波场同步
性、材料色散特性、内场强度及耦合阻抗
等。认为，通过纳米结构设计可调节波一场耦
合和波一波耦合条件
，从而提高材料的吸波效
率；
（６）分析杂
化复合相关的异质内场耦合
后发现，通过纳米／微米杂化复合，可增强材
料的吸波效果；
（７）通过控制纳米膜界面分形维数及其
特征码尺的合理取值范围，在提高红外漫反
射率的同时，减
少红外比辐射率和红外镜反
射率，可降低目标红外特征信号强度。
< /p>
２．设计并完成了关于超薄金属膜电磁波
透射率、纳米膜电导率
经典尺寸效应及纳米
复合吸波等三项原理的验证实验，肯定了上
述纳米复合隐身学术思想的正确性。
３．设计并研制出
和
“纳米膜／涂料杂化复合 吸波层”两系列纳
米复合隐身材料，其面密度低、厚度薄、吸
Ｓｃｉｅｎｔｉｓｔ
Ｂｉｏ
收频带宽，特别是其长波频段的高吸收
率，
大大优于传统隐身材料，完成了多种导弹型
号的隐身应用技术研究，达到了任务指标要
求，通过了航天部和中科院组织的联合
鉴
定，并立项正式用于相关型号的武器。随
后，又通过改进
选材，提高了吸波层的耐温
性，使其在加热后，其主动段的吸波性能不
会降低。
闻立时院士提出的纳米复合隐身材料的微
观原理，对研发高性能隐身材料及其它电磁
功能材料具有普遍而重要
的指导意义，为我
国研究小型化战略弹头和先进战术弹头突防
提供了一条有效途径，在该学科领域居开创
性的领先地位。以上成果获得了中国科学
院
科技进步奖一等奖和中国航天工业总公司科
技进步奖二等
奖。
（二）研制出热喷涂／涂料复合耐高温系
列涂层
１．研究并制备了电弧等离子喷涂设备和
工艺技术
；并根据火箭发动机的工作条件，
设计了等离子喷涂金属／陶瓷混合复
合、多层
复合及杂化复合等方案；研制成耐高温抗冲
刷隔热
系列涂层，应用于导弹发动机尾喷
管，达到了关于抗热震、抗冲刷、隔热和性
能稳定性等方面的技术指标，获１９７７年辽宁
省重大科技成果奖<
/p>
（电弧等离子体发生技术
及其在表面涂层上的应用）。
２．根据卫星再入的工况条件，提出了等
离子喷涂陶瓷层与陶
瓷涂层复合防护层方
案，研制出返地回收卫星天线耐高温涂层，
其防护效果良好，保证了卫星返回地面过程
中的通讯联系。获１<
/p>
９７７年辽宁省重大科技成
果奖（
耐高温抗冲刷隔热电绝 缘涂层）、１９８６年
国家科技进步奖特等奖（
返回地面人造卫星）。
３．研制成功中速率遥测热天线防护涂
层，
在热流比返地卫星天线高出５０％的苛刻条
件下，其防护效果仍然良好，从而确保了导
弹飞行弹道测量的成功。获１
９８６年国家科技
进步奖三等奖（
中速率遥测热天线）。
（三）对脉
冲偏压技术进行了理论创新与
应用创新
１．提出了二十世纪
末的先进技术之
２０１
２年第９卷第２期
< p>（总第４７期）
科
早
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Ｓｃｉｅｎｔｉｓｔ
Ｂｉｏ￣ｒａｏｈ
一
一
一
具有传统电弧离子镀不可比拟
的功能
优势的脉冲偏压电弧离子镀技术
闻院士带领团队在国
际上首先采用脉冲偏
压电弧离子镀技术研制出叶片防护涂层，并
在三个型号上得到了应用。与此同时，还对
脉冲偏压电弧离子镀技术的原理和镀膜
结构
进行了研究，揭示出脉冲偏压电弧离子镀过
程的远离平
衡态特征，以及由此带来的降低
沉积温度、降低涂层内应力、提高结合强度
等良好效果。在此基础上，还研制出了适合
于叶片防护涂层工业生产的
脉冲偏压电弧离
子镀设备。与国外同类设备相比，该设备具
有脉冲偏压电压高、占空比低、非对称双极
向特性、产品合格率高、产率高、成本低等
优点，实现了跨越式发展与赶超国外。
２．
利用脉冲偏压技术的工艺和设备制备
出等离子体平板显示器
（ＰＤＰ） 的ＭｇＯ保护膜
层
制备应用于等离子体平板显示器（
ＰＤＰ）的
氧化镁（
ＭｇＯ）保护膜层的目的，是为了使之有
更强的耐等离子体腐蚀的能力，有效地降低
生产成本，以达
到制备出１：ｌ的ＰＤＰ玻璃前板
保护层的预产业化的目标。这个项目难度
高。为解决氧化镁（
ＭｇＯ）保护膜层难以制造的
问题
，闻院士提出了用脉冲偏压电弧离子镀
技术制备基于ＰＤＰ应用的ＭｇＯ保护层的问题
。
为此，他开展了一系列有关研究，其中包
括：脉冲偏压电源的特性优化、工作稳定性
的改进；磁场参数的设计与优化，特别是沉
积速率与薄膜生长质量之间的协调；Ｍｇ离子
的氧化态的控
制和掺入杂质的选择控制
（包
括引入氧气的量、位置及其分布等）。<
/p>
结果表明，提高ＭｇＯ膜的均匀性和致密
性，
细化颗粒，可更有效地耐等离子体腐
蚀；用于制备ＭｇＯ保护膜的脉冲偏压电弧离 <
/p>
子镀设备，既能面向生产，又能兼顾科研；
控制
镁的氧化态及氧化镁薄膜的生长形态，
并选择和控制适当的杂质，可提
高二次电子
发射率、降低启动电压。
为使上
述研究项目产业化，闻院士同时研
制出了面向产业化的脉冲偏压电弧离子镀膜
设备。用这种先进的镀膜设备制备的保护
瓣
２０１
２年第９卷第２期（总第４７
期）
< p>
膜，不但具有离化率高（＞９０％）、瞬间能量密
度高、平均能量密度低
等优点，而且可提高
能量利用率，同时还可降低镀膜过程中基底
的温度，从而降低由于膜与基底热膨胀系数
的差异所造成界面应力，使膜层与基底
的结
合更牢固。把电弧离子镀技术应用于ＭｇＯ薄
膜的制备
上有其独特的优势，至今未见他人
报导。面向规模化生产的镀膜设备也是本项
目的创新点之一。由于目前国内还没有自主
研制的镀ＭｇＯ膜的生产
线，亦没有掌握相关
的关键技术，因此进口设备的价格昂贵。
闻院士针对脉冲偏压电弧离子镀在工艺开
发中出现的一系列至关重要
的基础理论问题
和技术问题进行了系统的研究，其中，包括
脉冲偏压电弧离子镀的等离子体负载特性研
究、沉积温度的计算预测、大颗粒净化机制
研究和绝缘薄膜沉积的可行性研究等，其目
的是大大拓展电
弧离子镀的功能范围，促进
离子镀新技术的发展，同时进一步丰富离子
镀的基础理论。
闻院士带领团队针对脉冲偏压电弧离子镀
的工艺基础开展了一系列研究；并将脉冲偏
压多弧离子镀工艺
广泛应用于高速钢基体；
另外还对ＰＢＡＩ
Ｐ沉积Ｔｉ
Ｎ薄膜的低温沉膜机制
进行了系统的研究，也同样证实了脉冲偏压 <
/p>
电弧离子镀具有明显的低温沉积效应。与直
流偏压相比，尽管脉
冲偏压使沉积温度降
低，但薄膜的结合力、硬度等力学性能并不
下降，其综合性能甚至在一定程度上得以提
高。此外，还对脉冲偏压下的基体沉积
温度
进行了力学计算和预测。在能量平衡原理的
基础上，建
立了脉冲偏压多弧离子镀基本沉
积温度的理论计算模型。用该模型计算出的
沉积温度与实测温度吻合较好。在既定设备
上，根据沉积温度的计算模
型，可通过改变
脉冲偏压参数来实现对温度的预测与控制。
闻院士领导的团队在相应的基体上沉积了
Ｔｉ
／Ｔｉ< /p>
Ｎ多层薄膜，证实了用脉冲偏压多弧离子
镀沉积多层薄膜的可行性。同时
，他们通过
改变偏压幅值，有效地控制了Ｔｉ
ＮｂＮ三元硬质
薄膜的相结构和组成；并在此基础上，通过
交替改变偏压幅值，制备
了呈多层结构的薄
膜，其硬度可高达３７．３ＧＰａ。
３．提出了纳米多层膜的微观物理模型和
基本理论框架
< br>闻院士的研究结果包括基本理论框架和纳
米结构低维组元本构特性尺寸效应两方
面。
首先，作为金属／电介质纳米多层膜微观原理
< br>研究的阶段性结果，他提出了纳米多层膜电
磁工程的微观原理框架，其要点包括
：产生
ＥＭＲ的前提、低维导电膜的经典透射效应、
ＥＭＲ模式类型、ＥＭＲ模式的等离子体模型、
ＥＭＲ模的能
量转化效率漫波理论分析、低维
材料本构特性的尺寸效应等。在ＥＭＲ模式类
型中，讨论了金属／电介质纳米多层膜中四种
可能的ＥＭＲ模式，它
们是等离子体共振、等
离子体界面波共振、纳米铁磁共振、纳米铁
< br>电共振。通过与已有文献论述的比较不难看
出，上述微观原理框架是在国内外首
次系统
地揭示了纳米结构电磁功能的微观物理机
制。
闻立时院士于ｌ９８６年研制出Ｔｉ
—Ｂ—Ｎ系纳米
相耐磨涂层；１９８７年开始研制纳米多层膜电
磁功能材料，并于１
９９０年取得了原理性突
破，进入实用化阶段；１９９３年研制出纳米多
层膜耐磨涂层；１９９８年研制出纳米多层膜耐
腐蚀涂层。１９９７年，
他根据固体物理、等离
子体物理、电子学和电磁场理论，分析了金
< br>属／电介质纳米多层膜体系的电磁工程的微观
原理，提出了其基本理论框架。同
时，还进
行了本构特性尺寸效应的实验研究。在开展
理论研
究的同时，金属／电介质纳米多层膜体
系的应用研究，亦取得了显著成效。总之，
无论在理论框架的指导金属／电介质纳米多层
膜
的研发，还是在纳米多层耐磨耐蚀膜探索
与制备等方面，都取得了很显著的效果，同
科
芋
承
１专
Ｓ
Ｃｉｅｎｔｉｓｔ
ＢｉＯｇｒａｐｈｙ
一
时还进一步扩大了它们的应用领域和拓宽了
发展前景。
多层膜现己成为发展高强度表面层材料的
新
途径，它作为耐磨、耐腐蚀涂层已开始大
量进入市场；在发展耐冲蚀、耐空蚀、抗冲
击等高难度重载荷高性能涂层中，占有重要
地位。特别是纳米
复合多层膜，这是一个应
用前景广阔、潜力很大的领域，但难度很
< br>高，因此有必要结合重大应用背景进行深入
的高水平的研究。
在沉积薄膜过程中，希望它沉积比较厚，
因此
，从应用性能和效果来考虑，薄膜越厚
越好。但是，薄膜过厚会带来许多问题，比 <
/p>
如致密度下降，结合强度变弱，杂质过多及
产生出位错使其性能
降低，从而影响到薄膜
作为防护涂层的效果。基于此，闻院士提出
< br>了采用多层膜代替单层膜的方法，运用多层
膜代替块体材料。他首先从理论上证
明了多
层结构膜代替块体材料具有许多优越性；然
后提出了
制造多层膜的路线、方案、工艺技
术等；最后再通过实验和实践证明多层膜的
优越性。用弹性常数相差尽可能大的两种组
元构成纳米多层结构，以
获得高强度材料的
模型。提高薄膜材料硬度、韧性、强度等力
学性能的方法，其物理机理是利用多层结构
的层界面来控制位错的运动。这种多层结
构
的单层厚度应当小到使位错源不能起作用，
从而抑制了位错在多层结构中的形成和运
动。因此，纳米多层结构的力学增强作用成
效明显。
利用透射电镜观察纳米薄膜结构的
难度很
大。１９７９年闻立时到西德马普金属研究所作
博士
后访问学者时，他刻苦钻研透射电镜技
术
（ＴＥＭ），并成功地应用这 种技术来观察
分析多层膜横截面的组织结构。他利用图像
分
析仪测量
多层膜
的晶粒度，得到了
Ｔｉ
／Ｔｉ
Ｎ多层膜晶粒度与调制波长之间的直线关
系，并由此推断出晶粒
细化系因多层膜单层
厚度减少，导致晶核长大的空间受限所引起
等结论。多层膜中存在较强的界面效应，界
面共格或位错、界面粗糙度、界面清晰
度、
界面过渡层等，均可能对多层膜的力学性能
产生影响。
２０１
２
< p>年第９卷第２
期（总第４７
期）辫