中国科学院金属研究所“引进优秀学者”，副研究员。自 2013 年博士毕业加入中国科 学院金属研究所以来一直致力于生物力学与仿生材料研究，按照“认识自然–理解自然–学习自然” 的思路，从材料科学角度揭示自然界中典型生物材料的组织结构及赋予其优异力学性能与功能的关 键机理，进一步提炼出天然与人造材料共性的优化设计原则，并将其应用于人造材料体系，通过仿 生设计与新型材料制备工艺的研发，实现人造材料组织结构的多级构筑与性能优化，从而推动高性 能仿生材料的发展与实际应用。

作为课题负责人，累计承担了金属研究所“引进优秀学者”项目、葛庭燧奖研金、国家自然科学 基金面上项目、国家自然科学基金青年项目、中国博士后基金等，并参与了国家重点基础研究发展 计划（973）项目、国家自然科学基金重点项目、美国空军科学研究办公室 Multidisciplinary University Research Initiative项目等多项课题，近年来累计在Progress in Materials Science 、 Advanced Materials 、 Biomaterials、Acta Biomaterialia、Acta Materialia、Scientific Reports、Scripta Materialia、Applied Physics Letters 等期刊发表学术论文 48 篇，其中以第一或通讯作者发表论文 27 篇，被 Nature 等期 刊引用 800 余次，并受邀担任 Acta Biomaterialia、Scientific Reports、Materials Science & Engineering A、Materials Letters 等期刊审稿人，申请发明专利 7 项。培养的研究生多次获得辽宁省优秀毕业生、 师昌绪奖学金等荣誉。

学习与工作经历 ：

2015.09 至今 “引进优秀学者”，副研究员 中科院金属研究所 沈阳材料科学国家（联合）实验室 材料疲劳与断裂研究部

2015.11 ~ 2017.06 Postdoctoral Research Associate（合作导师：Robert O. Ritchie 教授） University of California, Berkeley; Lawrence Berkeley National Laboratory

2013.06 ~ 2015.08 “葛庭燧奖研金”学者 （合作导师：张哲峰 研究员） 中科院金属研究所 沈阳材料科学国家（联合）实验室 材料疲劳与断裂研究部

2009.09 ~ 2013.06 工学博士 （导师：张涛 教授） 材料学 北京航空航天大学 材料科学与工程学院 教育部航空材料与服役重点实验室

2005.09 ~ 2009.07 工学学士 （免试直博） 材料科学与工程 北京航空航天大学 材料科学与工程学院

研究方向与内容

生物体在长期的自然选择与进化过程中，其组成材料的组织结构与性能得到了持续优化与提高，使 得生物体达到了对其生存环境的最佳适应。大自然是人类的良师。天然生物材料的优异特性能够为 人造材料的优化设计、特别是高性能仿生材料的发展提供有益的启示。

本人所从事的生物与仿生结构与材料研究主要包括以下三个方面：

1）认识自然：考察典型天然生物材料的化学组成、组织结构及其力学性能与功能特性，阐明材料 的化学组成、组织结构与力学性能及功能之间的关系；

2）理解自然：从材料科学角度揭示赋予天然生物材料优异性能的关键机制机理，提炼出共性的材 料设计原则与性能优化方法；

3）学习自然：将生物材料的原则与机理应用于人造材料设计，发展高性能仿生材料及相应的制备 方法，并推广材料更好的满足实际应用需求。

主要研究成果：  

本人按照“认识自然–理解自然–学习自然”的思路逐步加深对自然界中生物材料的组织结构与 性能优化策略的认识与理解，提炼出天然与人造体系共性的材料设计原则，并且将这些原则应用于 指导仿生材料设计，发展高性能仿生结构材料及相应的制备方法，并推动仿生材料更好的满足实际 应用需求。

在生物力学研究方面：

1）首次阐明了多种典型天然生物材料的组织结构与力学性能，建立了材料的多层次跨尺度复合 组织结构与力学性能的关系，揭示了生物材料本征具有的纳米孪晶、位错、层错、晶体取向 差等多尺度复杂结构缺陷及其对力学性能的影响，纠正了传统的主要基于有序性和规律性的 组织结构描述方法；

2）首次阐明了多种典型生物材料在不同应力条件与水合状态下的变形与断裂机制及其与组织结 构的关系，揭示了泡沫与泡沫填充、平面片层、同心球片层、交叉叠片等典型生物组织结构 的强韧化机理，提出了不同断裂模式竞争的力学准则，为人造材料的组织结构与力学性能优 化设计提供了指导；

3）首次揭示了典型生物材料的形状记忆与自修复效应，阐明了形状回复与自修复的动力学过程 与微观机理以及相应的材料组织结构与力学性能的变化，提出了描述形状记忆与自修复效应 的动力学模型，并从分子结构出发阐明了水合的作用及其机理，为仿生形状记忆与自修复材 料设计提供了理论指导；

4）首次系统阐明了生物材料中的复杂梯度设计的形式与原则及其在生物体中起到的作用，发现 了生物组织与材料中广泛存在的梯度结构取向特征，建立了结构取向与力学性能之间的系统 定量关系，阐明了材料损伤抗力提高的力学机理，提炼出了提高材料损伤抗力的仿生设计新 思路与相应的设计方法。

在仿生材料研究方面：

1）研发了硬度和模量与人牙相匹配的新型氧化锆仿生复合义齿材料，在充分保留氧化锆全瓷义 齿良好的生物相容性、耐腐蚀性和美学效果的前提下，显著克服了其过硬和脆性的缺点并赋 予其动态耗能特性，从而减轻义齿对人体正常牙齿的磨损，提升其使用效果并大幅延长其使 用寿命；

2）研发了具有定向连通结构的新型钨/铜仿生复合材料，该材料在微观上具有钨、铜片层相间排 列的仿生定向结构，从而在保证材料抗高压电冲击性能的前提下，其沿导电方向的电导率和 力学性能得以显著提升，因而有望作为新型触头材料在（特）高压输电领域获得应用；

3）研发了具有仿生结构的以碳化硅增强的新型镁合金基与树脂基复合材料，在保留低比重的前提下，综合了碳化硅陶瓷的高强、高硬、耐磨等优点，同时其塑、韧性相比传统复合材料得 以显著改善，因而有望作为新型结构材料获得应用。

此外，读博期间对以非晶合金为代表的人造材料开展了大量研究工作。首次从热力学角度提出 了非晶剪切带的准相变模型，揭示了剪切带萌生、扩展与开裂的能量变化和动力学过程；研发了多 种非晶复合材料与相应的组织结构调控方法，实现了材料塑韧化；首次建立了非晶成分、结构及力 学性能与弹性之间的系统关系，实现了强度与断裂的理论预测并提出了性能优化的策略与方法。

不同材料体系的广泛接触与融合有利于更加深入理解、提炼并应用材料变形、断裂与强韧化的 本征机制与联系，最终实现人造材料的性能优化。

近年发表的部分论文 ：

[1] Z.Q. Liu, M.A. Meyers, Z.F. Zhang, R.O. Ritchie*. Functional gradients and heterogeneities in biological materials: Design principles, functions, and bioinspired applications. Progress in Materials Science, 88 (2017) 467-498. (IF = 31.140)

[2] Z.Q. Liu, Z.F. Zhang*, R.O. Ritchie*. On the materials science of nature’s arms race. Advanced Materials, 30 (2018) 1705220. (IF = 19.791)

[3] Z.Q. Liu*, D. Jiao, Z.F. Zhang*. Remarkable shape memory effect of a natural biopolymer in aqueous environment. Biomaterials, 65 (2015) 13-21. (IF = 8.402)

[4] Z.Q. Liu, Y.K. Zhu, D. Jiao, Z.Y. Weng, Z.F. Zhang, R.O. Ritchie*. Enhanced protective role in materials with gradient structural orientations: Lessons from Nature. Acta Biomaterialia, 44 (2016) 31-40. (IF = 6.319)

[5] Z.Q. Liu*, D. Jiao, M.A. Meyers, Z.F. Zhang*. Structure and mechanical properties of naturally occurring lightweight foam-filled cylinder – the peacock's tail coverts shaft and its components. Acta Biomaterialia, 17 (2015) 137-151. (IF = 6.319)

[6] Z.Q. Liu, R. Li*, G. Liu, W. Su, H. Wang, Y. Li, M. Shi, X. Luo, G. Wu, T. Zhang*. Microstructural tailoring and improvement of mechanical properties in CuZr-based bulk metallic glass composites. Acta Materialia, 60 (2012) 3128-3139. (IF = 5.301)

[7] Z.Q. Liu, R. Li*, G. Wang, S. Wu, X. Lu, T. Zhang*. Quasi phase transition model of shear bands in metallic glasses. Acta Materialia, 59 (2011) 7416-7424. (IF = 5.301)

[8] R.T. Qu, Z.Q. Liu, G. Wang, Z.F. Zhang*. Progressive shear band propagation in metallic glasses under compression. Acta Materialia, 91 (2015) 19-33. (IF = 5.301)

[9] Z.Q. Liu, G. Liu, R.T. Qu, Z.F. Zhang, S.J. Wu, T. Zhang*. Microstructural percolation assisted breakthrough of trade-off between strength and ductility in CuZr-based metallic glass composites. Scientific Reports, 4 (2014) 4167. (IF = 4.259)

[10] D. Jiao, Z.Q. Liu*, Z.J. Zhang, Z.F. Zhang*. Intrinsic hierarchical structural imperfections in a natural ceramic of bivalve shell with distinctly graded properties. Scientific Reports, 5 (2015) 12418. (IF = 4.259)

[11] D. Jiao, Z.Q. Liu*, R.T. Qu, Z.F. Zhang*. Anisotropic mechanical behaviors and their structural dependences of crossed-lamellar structure in a bivalve shell. Materials Science & Engineering C, 59 (2016) 828-837. (IF = 4.164)

[12] D. Jiao, Z.Q. Liu*, Y.K. Zhu, Z.Y. Weng, Z.F. Zhang. Mechanical behavior of mother-of-pearl and pearl with flat and spherical laminations. Materials Science & Engineering C, 59 (2016) 828-837. (IF = 4.164)

[13] Z.Q. Liu, Z.F. Zhang*. Universal softening and intrinsic local fluctuations in metallic glasses. Applied Physics Letters, 103 (2013) 181909. (IF = 3.411)

[14] Z.Q. Liu, H. Wang*, T. Zhang. Bulk metallic glass composites ductilized by core-shell structured dual crystalline phases through controlled inoculation. Intermetallics, 45 (2014) 24. (IF = 3.140)

[15] Z.Q. Liu, R. Li*, H. Wang, T. Zhang*. Nitrogen-doping effect on glass formation and primary phase selection in Cu-Zr-Al alloys. Journal of Alloys and Compounds, 539 (2011) 5033. (IF = 3.133)

[16] Z.Q. Liu*, D. Jiao, Z.Y. Weng, Z.F. Zhang*. Water-assisted self-healing and property recovery in a natural dermal armor of pangolin scales. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 56 (2016) 14-22. (IF = 3.110)

[17] Z.Q. Liu*, D. Jiao, Z.Y. Weng, Z.F. Zhang*. Structure and mechanical behaviors of protective armored pangolin scales and effects of hydration and orientation. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 56 (2016) 165-174. (IF = 3.110)

[18] Z.Y. Weng, Z.Q. Liu*, R.O. Ritchie, D. Jiao, D.S. Li, H.L. Wu, L.H. Deng, Z.F. Zhang*. Giant panda’s tooth enamel: Structure, mechanical behavior and toughening mechanisms under indentation. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 64 (2016) 125-138. (IF = 3.110)

[19] Z.Q. Liu*, Z.F. Zhang*. Mechanical properties of structural amorphous steels: Intrinsic correlations, conflicts, and optimizing strategies. Journal of Applied Physics, 114 (2013) 243519. (IF =2.068)

[20] Z.Q. Liu, Z.F. Zhang*. Strengthening and toughening metallic glasses: The elastic perspectives and opportunities. Journal of Applied Physics, 115 (2014) 163505. (IF =2.068)

[21] Z.Q. Liu*, R.F. Wang, R.T. Qu, Z.F. Zhang*. Precisely predicting and designing the elasticity of metallic glasses. Journal of Applied Physics, 115 (2014) 203513. (IF =2.068)

[22] Z.Q. Liu, R.T. Qu, Z.F. Zhang*. Elasticity dominates strength and failure in metallic glasses. Journal of Applied Physics, 117 (2015) 014901. (IF =2.068)

[23] Z.Q. Liu, W.H. Wang, M.Q. Jiang, Z.F. Zhang*. Intrinsic factor controlling the deformation mechanism and ductile-to-brittle transition of metallic glasses. Philosophical Magazine Letters, 94 (2014) 658-668. (IF = 0.941)