材料是人类赖以生存和发展的物质基础。20世纪70年代，人们把信息、材料和能源作为社会文明的支柱。80年代，随着高新技术的兴起，又把新材料与信息技术、生物技术并列作为新技术革命的重要标志。现代社会，材料已成为国民经济建设、国防建设和人民生活的重要组成部分。特别是已然发展了上千年的金属材料，在生活中的各个方面都能发现与之产生的密切联系，大到航空母舰、飞机，小到各种电子产品、芯片等，无不体现着金属材料对于社会发展和人类生活的重要作用。现代材料科学技术的发展，促进了金属、非金属无机材料和高分子材料之间的密切联系，从而出现了一个新的材料领域——复合材料。材料的性能在单相的合金程度与其自身的结构、晶体尺寸等有很大关联，但是对于多相的合金而言，决定材料性能的除了结构以外，还必须要考虑制备工艺。因为工艺是一个可以人为控制和改进的过程，制备工艺能够优化和提升金属材料、特别是非晶复合材料的性能。因此，创新制备工艺、提高工艺水平对于改善工程材料的性能等方面具有重要意义。
做材料科学研究、特别是工艺改进方面的研究是一种需要默默奉献、甘于寂寞的研究工作，能够坚守阵地并付出加倍的努力，才有可能得到相应的学术回报。北京科技大学博士生导师、新金属材料国家重点实验室张勇教授便是这样一位为学术研究奉献一切的科学家。他数年来致力于提高新型高熵和非晶合金及其复合材料的工程使用性能，探索材料性能和微观结构的联系以及如何通过工艺来控制微米/纳米级别结构。他还从事非晶合金及其复合材料，BRIDGMAN技术，玻璃形成能力，高熵固溶体合金及其相变、相形成规律方面的研究。
成绩使得材料科学研究成为“命中注定”
很多人对于自己所从事的事业有着一种“也许我生来就是为了做这个事”的感觉，这不是宿命，也不是巧合，应该说是一个人在从事自己热爱的事业，找到自己人生航向时所产生的一种坚定与决心。张勇教授与材料科学之间的关系就是如此。所谓命中注定，其实是一种远大志向的开始。
说起当年填报志愿，张教授还有很多趣事。填报高考志愿是人生一件大事，可是在张勇说来，一切的决定都显得那么随意，“那会儿，大家都说学工科好找工作，我就选择了工科。”“选专业是因为那时我们家附近有个钢铁厂，我就觉着不锈钢这种材料既不会生锈又美观，挺有意思的，所以我就选择了金属材料这门学科。”就这样，原本数学成绩拔尖的张勇误打误撞地进入燕山大学（原东北重型机械学院），开始了他的材料科学探密之路。幸运的是，他发现自己很喜欢这门学科，并于1991年圆满完成学业获得学士学位。此时，不再懵懂的张勇，怀揣着向材料科学更高殿堂进军的梦想，慕名前往当时钢铁、金属材料研究水平相对较高的北京科技大学攻读硕士和博士学位。一路走来都很顺畅，在导师的指引下，他不仅更深入地学习了材料学的相关理论知识，还下工厂、进企业做科研。
张勇教授（中）在钢铁厂学习
在实践过程中，张勇深刻感受到：工科科研必须与实业紧密联系才有可能焕发出更大的光彩。于是，在攻读博士学位期间，他在中国核工业总公司202厂实习，参加了我国某装甲材料的制备及其抗动能穿甲弹性能的研究工作。当时的条件非常艰苦，还必须要面临受放射性物质毒害的危险，年轻的张勇没有丝毫退缩，一心想要为研究工作做出点贡献来。通过仔细研究，他发现了装甲板防护性能随陶瓷和金属体积分数变化的双极值规律，即在金属合金防护机制下随陶瓷体积分数变化防护系数出现一个极值；在陶瓷防护机制下随金属体积分数变化防护系数出现另一个极值。另外，该课题涉及到多孔骨架材料的制备、粉末冶金技术、热等静压、压力浸渍复合、材料的动态力学性能等方面。课题组先后制备出了碳化钛、碳化钨、碳化铀、氮化硅等为基的网状多孔材料，并通过压力浸渍复合工艺制备出了贫铀基和铝基复合材料。“金属防弹跟陶瓷防弹不一样，金属靠变形来吸收能量，陶瓷靠断裂来吸收能量，把金属和陶瓷材料相结合，防弹的性能就提高了。”看似复杂的原理，张勇用简单的描述就说清楚了。
“双极规律”的发现使年轻的他更坚定了自己可以向更高领域发展的信念。在中国科学院物理研究所做凝聚态物理方面的博士后研究工作后，希望获取更多最新科研信息与学术研究最新动态的张勇，开始了飞向更广阔空间探索的道路。2000年，张勇飞往新加坡，在新加坡－麻省理工学院联盟的微米/纳米系统高新材料学部和新加坡国立大学理学院材料科学系工作。在新加坡的四年时间，张勇的视野得到了极大的开阔，他逐渐成长为一名拥有高知识、高技术的综合型人才。
将所学献给国家材料科学
2004年，年仅35岁的张勇放弃国外优越待遇，毅然选择回国，将自己所学的知识奉献给祖国的材料科学研究。他选择了回到北京科技大学担任教授，并于2005年获得博士生指导教师资格，同年入选教育部新世纪优秀人才计划。
在张勇教授看来，他是幸运的，因为他丰富的求学经历使得他在科研过程中更加得心应手。“燕山大学奠定了我的理论基础知识；北京科技大学提倡严谨治学，崇尚实践；物理研究所提高了我论文写作的能力，期间我在导师的指引下作出了一些高水平的论文，多次被引用；而到了新加坡，国外的特点是要‘讲’，无论是在年会，还是定期举行的讨论会上，大家都要把自己的学术观点进行陈述、交流，在吸取众人所长的同时，也锻炼了我的表述与综合能力。”确实，在燕山大学他所接触到的多是机械类材料；在北京科技大学攻读硕士和博士学位期间，他接触到的又是以冶金类为主的材料学科；在中国科学院物理研究所做博士后的时候，他与物理材料打交道；而在新加坡工作的时候又有所不同，接触到的多是微电子材料，包括半导体、集成芯片制作材料等等。就这样，张勇教授在理论与实践方面都获得了丰富的滋养成分，这也为他后来取得科研突破奠定了坚实的基础。
张勇教授在英国剑桥大学
谈起回国做学问，张勇教授还是有很多思考的。他认为，我们国家虽然在某些方面达到了世界领先水平，可是在整体科研方面与国外还是有一定的差距，而究其原因，他认为：“官本位思想影响较严重，使国内学者能够脚踏实地做学问的人数减少。其实，在我看来，我们国内学者的智力水平是相当高的，如果能把重心调整到真心实意地做学问上来，我们还是很有希望的”；另外，他还觉得我们国内的工艺水平跟国外比起来存在相当大的差距，加工精度提不上去，做出来的东西质量就要大打折扣。“想跟做是两回事，很多看似简单的原理，做起来会涉及到很多技术问题。工艺精度提不上去，很多好的东西就做不出来。”因此，在带研究生的过程中，张勇教授总是对学生强调：“做事，一定要认真投入地做出精品，如果没有品质，数量再多，对于科学的进步来说都是毫无意义的。”
善于质疑才能有所突破
对于科研人员而言，不断发现问题、解决问题是乐此不疲的事情，张勇也不例外。他在研究过程中感觉到，在材料科学教材中学到的“材料性能是由其结构决定的”这一原理其实值得商榷。微观和纳米级别的结构是材料制备加工工艺的结果，虽然认识是没有止境的，但其制备工艺却是可以控制和提高的，所以可以通过改进工艺来达到优化材料性能的目的。那么，我们为什么不能从创新制备工艺方面来着手研究提高材料的性能呢？
本着对工艺研究的重视，张勇教授在相关方面做出了一定成绩：为推动块体金属玻璃在MEMS上的应用，他们对块体金属玻璃进行了电火花、激光等微加工成形；他们应用电化学方法制备出了定向排列的多孔大块金属玻璃；为了突破块体金属玻璃复合材料受临界尺寸的限制，他们发明了连续非晶包附金属丝块体非晶复合材料连铸工艺等。
张勇教授认为：很多人在做科研的时候，总是习惯用已知推测未知，这样容易受已知限制，其实很多成果都是因为跳出了思维的局限才最终取得的。因为深刻领悟到了这一点，张勇教授和他的同事最先用复合材料及Bridgman技术发现了合金共晶耦合区和最优玻璃形成能力成分的关系；通过进一步的理论分析，他们认为结晶的生长过程对大块非晶合金的形成更加重要，在控制的凝固中形核过程几乎不起作用，形成非晶的过程是非晶相和各种晶态相竞争生长的结果。运用经典的凝固理论，根据相图可以定量地计算出非晶形成的区域，此理论解释了“为何有些合金的最优玻璃形成能力成分点不在共晶点”这一问题，也成为一种寻找新型大块非晶合金的有效方法。
在张勇教授的研究项目中，有两项比较重大的国家自然科学基金项目：一是应用稀土微合金化提高合金玻璃形成能力；二是对高熵合金对应模量的研究。对于这两个项目，他总是谦虚地表示，成果的发现是个很“偶然”的结果。可是，我们也能够想象得到，在这轻松的“偶然”背后，要做出科研成果，需要付出多大的努力与艰辛。
长期以来，提高块体非晶合金的临界尺寸一直是块体非晶合金研究中的一个极具挑战性的工作，高纯度、高真空度的制作要求成为获取大尺寸非晶合金的重要难点。张勇在做博士后期间，联想到自己之前的硕士导师曾经在试验中使用过稀土元素，那么稀土元素对非晶合金的形成能力是不是也有作用呢？结果一试，发现非晶合金的形成能力一下子就提高了，且纯度也不用太高，对真空度的要求也稍微低些。通过进一步试验，张勇及其他研究成员在锆基非晶合金中发现了用少量稀土元素Y合金化法（约2at%），可以去除合金中的氧，降低非均匀形核的概率，从而大幅度改善合金玻璃形成能力，该内容发表在Mater.Trans. JIM[41,NO.11.(2000)1427-1431]上，并获得美国专利授权（2004年1月27日授权，专利号US 6682611 B2）。这一方法已经被许多国家的科学家应用，使许多合金的临界厚度从毫米级提高到了厘米级，而且少量稀土元素合金化已成为提高合金玻璃形成能力的有效手段。但是，其中的机理和科学问题仍需要继续研究。
后来，张勇及其团队又用微扰方法对稀土钇微合金化的作用进行了更进一步的研究，提出通过降低晶体相的稳定性和提高过冷液体的稳定性来提高合金玻璃形成能力，通过稀土大原子的引入，从而增加晶体相的晶格畸变，这种晶格畸变能和晶体的空间堆积致密度成正比，致密度高的晶体相需要更加少的稀土元素来抑制其析出，提高合金的玻璃形成能力。这一成果被美国《应用物理快报》（Applied Physics Letters）接受，总体评价为“Very Good”；其中发表的第一篇关于微量钇对玻璃形成能力的文章，Mater. Trans. JIM到现在单篇已被引用52次。
张勇在研究高熵合金对应低模量这一项目时，偶然发现有些高熵合金对应低模量，应用价值非常高。目前这一发现还有待于进一步研究。高熵合金是在块体金属玻璃的基础上拓展、发展的一类易于形成固溶体的多组元合金，它具有和块体金属玻璃类似的高强度。张勇教授对高熵合金的研究相对比较早，也取得过很多的研究成果。此外，他们还在高熵合金中发现大尺寸原子的添加会使合金由致密度高的相结构转变为致密度低的结构，如大的铝元素的加入替换小的铜元素使合金CoCrFeNiCu或Ti0.5CoCrFeNiCu的相结构由FCC转变为BCC，而且合金的强度也相应提高。从合金的钢球模型的原子级别应变分析，他们认为这由于大的铝元素的加入可以引入晶格畸变，转变为致密度低的结构是为了松弛晶格畸变等。
人生总是在付出与回报中出现闪光。在孜孜不倦的求索中，张勇也获得了相应的肯定与回报。目前，他获得8项国家发明专利的授权和一项美国发明专利的授权，发表学术论文100余篇，被引用800多次，近十年的H因子为16。其中，一篇关于非晶微成形的文章被《国际非晶学报》评为2008年25篇最热文章；发表的高熵合金方面的论文被《自然》杂志（Nature China）以2007年研究亮点两次作专题评论，《光明日报》和《科技日报》也给予报道。由于报道了两种体心立方的高强度高熵合金，被《Who's Who in the World》（世界名人录）选为2009年Top100名世界杰出科学家之一。2007年，《稀土钇对铜基合金玻璃形成能力的作用机理》获北京科技大学优秀论文奖；《连续制备非晶包覆金属丝技术》获得第七届国际先进金属间化合物和新金属材料会议优秀奖；2008年，《高熵合金超顺磁性VSM测量技术》获得北京科技大学实验技术二等奖。
张勇，1969年生于河北宣化，现为北京科技大学新金属材料国家重点实验室教授、博士生导师，国家863项目、国家自然科学基金面上项目、青年基金项目、教育部博士点基金、新教授基金等评审专家，兼任中国材料研究学会、金属间化合物与非晶合金分会理事、副秘书长，非晶合金分会干事长。著有《非晶和高熵合金》一书，中国科学出版社出版；《中国物理学报》和《Chinese Physics》特约审稿人；并担任《中国有色金属学报》、《金属学报》、《中国科学》等期刊审稿人；外文期刊Intermetallics，Materials Science and Engineering A，Journal of Non-Crystalline Solids，ElectroChemistry Communication等的审稿人。