在热核聚变反应堆与尖端医疗检查装置背后，强场超导磁体作为核心装置，长期面临着性能失稳的“阿喀琉斯之踵”。
而在兰州大学土木工程与力学学院，张兴义教授将高场超导磁体国家重大需求与极端环境超导实验力学基础研究相结合，一直致力于通过提出实验原理和创新实验方法来实现力学对超导性能影响的研究、通过发现新现象和揭示其机理为超导材料的性能改进和提升提供有效途径和策略。
“科研就如同一场修行。”张兴义常常这样说道。正是这份执着与坚守，让他在超导力学这片“无人区”中，一步步走出一条属于中国科研工作者的创新之路。
初心启航：从西部大地走向力学探索
1999年，张兴义踏入兰大校园，恰逢学校建校90周年。热闹的庆祝活动里，他第一次感受到“兰大人”的归属感，更在课堂上遇见了改变他人生轨迹的恩师——中国科学院院士周又和。“周老师讲课特别生动，枯燥的力学原理经他一讲，就非常生动鲜活。”
张兴义至今记得，周老师会把很多具有启发性的前沿问题带进课堂，让他第一次意识到“力学不是纸上谈兵，能解决真问题”。
2003年，张兴义因成绩优异被保送硕博连读，正式加入周又和院士的电磁固体力学研究组。彼时，我国超导力学研究尚处起步阶段，电工学界关注材料的电磁性能，力学界介入极少，很多实验方法和设备都要“从零摸索”。
2004年春天的一场罕见沙尘暴，让他深刻体会到科研的艰辛与严谨：为实测风沙电场强度，周院士带着他登上学校齐云楼楼顶，从下午两点到晚上七点，沙尘灌满衣领，他负责记录数据却屡屡跟不上，周院士便接过纸笔，听着数值显示器的读数快速记录，无一差错。
“那天风裹着沙子打在脸上疼，但周老师说‘数据错一点，后续研究全白费’，这句话我记了二十年。”张兴义说。
在博士课题“高温超导磁悬浮力性能测量系统研制”中，张兴义面临前所未有的挑战。这是组里首个实验类博士课题，没有先例可循。设备调试的第一年，进度屡屡受阻，他夜里抱着图纸在实验室熬夜，焦虑得睡不着。周又和院士察觉后，只说了一句“科研如修行，沉下心才能见真章”。这句话点醒了他：他不再追求“快速出结果”，而是逐字研读文献，反复优化测量装置，甚至为了一个精度参数，连续一周守在低温实验箱旁。
2008年，张兴义的博士论文《高温超导悬浮系统在不同条件下的电磁力实验研究》完成，经周又和院士逐字修改，于2010年入选“全国百篇优秀博士学位论文”。同年，他破格晋升为兰州大学教授；三年后，他入选教育部新世纪优秀人才支持计划。
破壁攻坚：开拓超导力学新前沿
自2010年起，张兴义团队搭建我国首个超导材料力学基础实验平台。当时，低温极端环境下的全场变形测量是个业界公认难题：常温下数字图像相关法（DIC），在低温下会因散斑脱落而失效；霍尔探头测磁场、温度计测温度，都只能获取单点数据，无法反映超导材料从局部变形到整体失超的“全局变化”。
针对变形测量，他们改进工艺，研发出兼具低温（<20k）和大变形测量（20%）的散斑制备方法，成功解决了“脱落”难题，实现了低温环境下材料全场变形的精准观测；针对磁场测量，团队创新性地将物理学中的“法拉第磁光效应”与低温加载系统结合，让强磁场下的全场磁场分布实现了“可视化”；针对温度测量，团队提出“低温荧光测量法”，利用彩色相机的两个通道同步捕捉温度与变形数据，在国际上首次实现了“全场变形—全场温度”的实时联动观测。
实验平台建成后，一个颠覆性的发现浮出水面：传统观点认为，超导失超只与温度、磁场、电流超过临界值有关，但通过原位观测，他们发现力学变形或损伤会直接导致超导涡旋沿损伤处运动，进而引发失超——这是国际上首次实验证实“力致失超”现象的存在。
“这一发现让学界更加深刻的认识到超导力学研究的重要性。”张兴义表示。此后，该实验平台陆续为西北有色金属研究院等多家企业提供了关键的材料性能验证数据，有力推动了国产超导材料的优化升级。
钇钡铜氧（YBCO）是国际上应用前景最广的高温超导材料，但传统制备工艺存在两大“硬伤”：一是在烧结过程中产生大量微裂纹，材料在经历冷热循环时易损坏；二是只能制备圆柱形、方形等简单形状，无法满足复杂工程结构的需求。2014年，在周又和院士的支持下，张兴义团队开始尝试用3D打印（增材制造）技术突破这一局限。
研究团队从仿生学中寻找灵感——贝壳通过“软硬交替的互锁结构”实现了轻质与韧性的完美平衡。受此启发，团队设计出“双网络界面”，在打印过程中构建可控的微观结构。
经过七年的不懈努力，2021年，团队终于实现重大突破：成功制备出厘米级大尺寸、形状可控的YBCO超导块材，不仅超导性能优于传统烧结法制备的材料，还能打印出陀螺等复杂结构，在液氮温度下实现稳定悬浮旋转。这一成果为复杂结构超导部件的制备开辟了全新途径。
YBCO超导带材是高场超导磁体的基本单元，但其纵向脱层问题一直困扰着业界——带材由多层材料叠加而成，纵向强度低，容易发生脱层破坏。然而，国际上一直没有统一的测量标准，数据离散性大，工程师难以开展可靠的结构设计。
2014年，张兴义团队开始介入这一领域，在系统研究测试方法、评价标准和工程应用等关键问题后，成功解决了测量方法和数据处理难题，提出的许用应力可直接应用于工程设计。
2024年4月，由兰州大学超导力学团队主导的我国首个超导材料力学性能测量国家标准正式发布中英文版，其中超导带材脱层强度测量与数据处理方法是核心内容。
“掌握标准就是掌握话语权。未来我们还要推动它成为国际标准。”张兴义说。尽管整个标准制定过程耗时近六年，没有额外的经费支持，但团队成员都甘之如饴——因为他们深知，这项工作的意义在于让我国超导技术在国际竞争中“有据可依”。
“周老师教会我的不只是知识，还有做科研的品格。” 如今的张兴义，既是科研一线的攻坚者，也是学生眼中的“严师”。
在培养学生上，张兴义传承周老师一直以来强调的“做真问题，解决真问题”的理念。针对国际热核聚变试验堆（ITER）导体的“分流温度退化”难题，他指导学生建立力学模型，准确预测了导体性能变化，一方面解决了已有模型与实验现象不符的问题，另一方面有力支撑了我国自主研制聚变堆高场超导磁体的导体选型。
“我的目标是培养一批能接棒的年轻人，让我国在超导应用领域真正领先。”张兴义说。
如今，张兴义团队仍在攻关：3D打印超导线材的制备、更高磁场下的超导力学行为、国际标准的推进……这些“硬骨头”还需要时间啃，但他并不着急。“人生万事须自为，跬步江山即寥廓。”他说，超导力学研究是一场长跑，只要守住初心、一步一个脚印，终将见证中国超导技术绽放世界。
