超硬材料国家重点实验室（吉林大学）

吉林大学于1995年11月设立的国家重点实验室

超硬材料国家重点实验室是以吉林大学原子与分子物理研究所超硬材料实验室和高压物理实验室为基础建立起来。国家计委于1989年批准组建超硬材料国家重点实验室，实验室通过国家验收并正式向国内外开放，2003年、2008、2013、2018年三次参加并通过国家对实验室的评估。现任学术委员会主任是薛其坤院士，实验室主任是刘冰冰教授。

简要概述

超硬材料是典型的高压相材料，在国家多个行业的产业链中起到关键作用，决定国家的工业水平，被发达国家称为“战略物资”。高压科学是超硬材料发展的科学基础和重要前沿。高压下出现的异于常态物质结构和性质的高压相是探索新材料的源泉。高压研究是获得现代国防关键数据的重要途径。实验室将围绕超硬多功能材料、常压下难以制备的新材料以及高压科学开展研究。

实验室以开放课题、国际合作、访问学者、主办国际会议促进开放交流。中国科学院物理研究所等多个科研单位承担了实验室的开放课题，与美国华盛顿-卡内基研究院等国际著名研究机构长期保持良好的合作关系，主办“高压材料国际学术邀请会”等国际会议，每年来自美国、瑞典、德国、韩国的高级访问学者来室参加会议或在实验室组织的“物质科学前沿论坛”作报告。在依托单位吉林大学的有力支持下，实验室的长期奋斗目标是主要研究方向达到国际先进水平、若干研究领域达到国际领先水平。学术上做出重要原创性工作，促进学科发展，将实验室建设成为在国际上有重要影响的超硬多功能材料和高压科学的研究中心。推动科研成果产业化，为提高我国超硬材料行业的科技水平、增强国际竞争能力和实现可持续发展做出贡献。

主要研究方向

(1)超硬与新型功能材料的高温高压合成。研究在高温高压下合成超硬材料的物理问题和关键技术，提高超硬材料品质，探索利用高温高压等条件制备新型功能材料及常压下难以制备的新材料，推动研究成果产业化。

(2)超硬多功能薄膜材料。研究超硬多功能薄膜材料关键制备技术与基本物理问题；开发与推广超硬薄膜材料在精加工刀具等方面的应用；研究其原型器件结构和制备技术，探索新材料在大功率光电器件、抗辐射耐高温半导体等高新技术领域中的应用。

(3)高压对物质结构和性质的影响与高压相变。发展高压下拉曼光谱、X光衍射、红外光谱、布里渊散射、电学测量等高压原位微区测量技术，建立高压下的理论体系，探索高压下体材料和纳米材料的结构、性质及相变规律，为制备超硬和多功能高压相材料提供实验与理论依据。开展高压技术在其它学科中的研究。

科研成绩

实验室建设以来，科研工作取得显著进展：

1、超硬与新型功能材料的高温高压合成方面。自主研发二十多种类型的高品级金刚石单晶和特种高品级工业金刚石的合成技术，进行系列应用基础研究，促进行业壮大，引领行业发展。

2、超硬多功能薄膜材料方面。完善了大尺寸高品质金刚石厚膜制备技术和工艺；制备出用于大功率半导体激光器的高热导金刚石膜热沉；实现金刚石厚膜在精密加工领域中的应用。最先发现硼掺杂金刚石厚膜的超导特性，确定超导转变温度和零电阻温度；在金刚石基宽带异质结性能标定、能级模型和载流子输运特性研究方面取得突破；系统地给出高硬度碳氮（CNx）膜生长、结构及相应的场发射特性；实现了金刚石单晶气相外延生长，制备出了大尺寸金刚石单晶。

3、高压对物质结构和性质的影响与高压相变方面。发现金属钠在200万大气压转变为“透明”的宽带隙绝缘体。发现碘新分子晶体相。解释存在于碘和溴的高压原位拉曼光谱中观察到两个新的振动模式。两种不同键长的分子内共价键共存于同一体系中，对理解分子解离、金属氢的研究有重要指导意义。在实验室构建的超高压下原位物质结构分析和性能测试实验平台和高压理论计算平台上，发现了压力能有效提高热电材料热电效率等多种新的高压效应；观察到高温高压下液液一级相变、压致等结构金属化相变等新的相变；揭示以往多种物质中难以确定的压致相变的物理机制；首次实现C60纳米棒以及碳纳米管内C60的压致共价键聚合，获得常压方法难以得到、具有优异性质的新型准一维纳米材料。这些重要的研究进展和成果在Nature、PNAS、Physical Review Letters等期刊发表了一批高质量论文，连续多年荣获省部级科技奖，并获得一批发明专利，提升了实验室的科研能力。

历史沿革

1985年，实验室在国内率先开展了金刚石薄膜研究，1987年制备出我国第一片金刚石薄膜。此后，又在琥珀色立方氮化硼人工合成方面取得重要突破。经过长时间的努力，在超硬材料的应用基础研究方面打下了扎实的基础。鉴于超硬材料在国家经济建设中占有重要地位，国家计委于1989年批准组建超硬材料国家重点实验室，1995年实验室通过国家验收并正式运转,2003年通过第一次国家评估。

科研队伍

实验室现有固定人员82人，研究人员66人（教授36人、副教授24人、讲师6人），技术人员16人（研究员1人、高工/实验师/副研究员8人、工程师6人、助工1人），兼职管理人员3人。研究队伍中，包括：中科院邹广田院士，中科院外籍院士、美国国家科学院院士、英国皇家科学院外籍院士、毛河光，加拿大皇家科学院JohnS.Tse院士，乌克兰科柳依米古拉教授。国家杰出青年基金获得者2人，“万人计划”领军人才3人，国家“973”计划项目首席科学家1人，百千万人才工程4人，国家优秀青年科学基金获得者1人，吉林省“长白山学者”5人；教育部创新团队“典型凝聚态物质压力诱导的新奇特性”顺利结题并成功实现滚动，科技部重点领域创新团队1个等一大批优秀人才和创新团队。

高压研究强烈依赖于技术和设备，为此实验室拥有了一支强有力的技术支持队伍，这支队伍开展了大量技术创新和仪器设备改造，为实验室的快速发展提供了保障。

所获荣誉

2019年3月，被科技部在2018年工程领域和材料领域国家重点实验室评估结果为材料领域良好类实验室。

人才培养

实验室已经培养107位硕士生、47位博士生，在读硕士研究生127人、博士研究生72人、在站博士后3人。研究生中有相当一部分在校期间就表现出色，共有146人次获得过各种奖项，包括校级优秀研究生、全国高压学术研讨会优秀青年论文奖、校级优秀博士论文奖、香港“求是”研究生奖学金、“唐敖庆”奖学金等。这些优秀的毕业生中有些参加了本实验室的研究队伍，为实验室增添了新生力量，有些分配到兄弟院校和企事业单位，成为超硬材料和高压科学研究的生力军，一些人已经开始在国内外学术界崭露头角。

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