超硬材料國家重點實驗室（吉林大學）

超硬材料是典型的高壓相材料，在國家多個行業的產業鏈中起到關鍵作用，決定國家的工業水平，被髮達國家稱為“戰略物資”。高壓科學是超硬材料發展的科學基礎和重要前沿。高壓下出現的異於常態物質結構和性質的高壓相是探索新材料的源泉。高壓研究是獲得現代國防關鍵數據的重要途徑。實驗室將圍繞超硬多功能材料、常壓下難以製備的新材料以及高壓科學開展研究。

實驗室以開放課題、國際合作、訪問學者、主辦國際會議促進開放交流。中國科學院物理研究所等多個科研單位承擔了實驗室的開放課題，與美國華盛頓-卡內基研究院等國際著名研究機構長期保持良好的合作關係，主辦“高壓材料國際學術邀請會”等國際會議，每年來自美國、瑞典、德國、韓國的高級訪問學者來室參加會議或在實驗室組織的“物質科學前沿論壇”作報告。在依託單位吉林大學的有力支持下，實驗室的長期奮鬥目標是主要研究方向達到國際先進水平、若干研究領域達到國際領先水平。學術上做出重要原創性工作，促進學科發展，將實驗室建設成為在國際上有重要影響的超硬多功能材料和高壓科學的研究中心。推動科研成果產業化，為提高我國超硬材料行業的科技水平、增強國際競爭能力和實現可持續發展做出貢獻。

(1)超硬與新型功能材料的高温高壓合成。研究在高温高壓下合成超硬材料的物理問題和關鍵技術，提高超硬材料品質，探索利用高温高壓等條件製備新型功能材料及常壓下難以製備的新材料，推動研究成果產業化。

(2)超硬多功能薄膜材料。研究超硬多功能薄膜材料關鍵製備技術與基本物理問題；開發與推廣超硬薄膜材料在精加工刀具等方面的應用；研究其原型器件結構和製備技術，探索新材料在大功率光電器件、抗輻射耐高温半導體等高新技術領域中的應用。

(3)高壓對物質結構和性質的影響與高壓相變。發展高壓下拉曼光譜、X光衍射、紅外光譜、布里淵散射、電學測量等高壓原位微區測量技術，建立高壓下的理論體系，探索高壓下體材料和納米材料的結構、性質及相變規律，為製備超硬和多功能高壓相材料提供實驗與理論依據。開展高壓技術在其它學科中的研究。 ^[4] 

實驗室建設以來，科研工作取得顯著進展： ^[4] 

1、超硬與新型功能材料的高温高壓合成方面。自主研發二十多種類型的高品級金剛石單晶和特種高品級工業金剛石的合成技術，進行系列應用基礎研究，促進行業壯大，引領行業發展。

2、超硬多功能薄膜材料方面。完善了大尺寸高品質金剛石厚膜製備技術和工藝；製備出用於大功率半導體激光器的高熱導金剛石膜熱沉；實現金剛石厚膜在精密加工領域中的應用。最先發現硼摻雜金剛石厚膜的超導特性，確定超導轉變温度和零電阻温度；在金剛石基寬帶異質結性能標定、能級模型和載流子輸運特性研究方面取得突破；系統地給出高硬度碳氮（CNx）膜生長、結構及相應的場發射特性；實現了金剛石單晶氣相外延生長，製備出了大尺寸金剛石單晶。

3、高壓對物質結構和性質的影響與高壓相變方面。發現金屬鈉在200萬大氣壓轉變為“透明”的寬帶隙絕緣體。發現碘新分子晶體相。解釋存在於碘和溴的高壓原位拉曼光譜中觀察到兩個新的振動模式。兩種不同鍵長的分子內共價鍵共存於同一體系中，對理解分子解離、金屬氫的研究有重要指導意義。在實驗室構建的超高壓下原位物質結構分析和性能測試實驗平台和高壓理論計算平台上，發現了壓力能有效提高熱電材料熱電效率等多種新的高壓效應；觀察到高温高壓下液液一級相變、壓致等結構金屬化相變等新的相變；揭示以往多種物質中難以確定的壓致相變的物理機制；首次實現C60納米棒以及碳納米管內C60的壓致共價鍵聚合，獲得常壓方法難以得到、具有優異性質的新型準一維納米材料。這些重要的研究進展和成果在Nature、PNAS、Physical Review Letters等期刊發表了一批高質量論文，連續多年榮獲省部級科技獎，並獲得一批發明專利，提升了實驗室的科研能力。

1985年，實驗室在國內率先開展了金剛石薄膜研究，1987年製備出我國第一片金剛石薄膜。此後，又在琥珀色立方氮化硼人工合成方面取得重要突破。經過長時間的努力，在超硬材料的應用基礎研究方面打下了紮實的基礎。鑑於超硬材料在國家經濟建設中佔有重要地位，國家計委於1989年批准組建超硬材料國家重點實驗室，1995年實驗室通過國家驗收並正式運轉,2003年通過第一次國家評估。

實驗室現有固定人員82人，研究人員66人（教授36人、副教授24人、講師6人），技術人員16人（研究員1人、高工/實驗師/副研究員8人、工程師6人、助工1人），兼職管理人員3人。研究隊伍中，包括：中科院鄒廣田院士，中科院外籍院士、美國國家科學院院士、英國皇家科學院外籍院士、毛河光，加拿大皇家科學院JohnS.Tse院士，烏克蘭科柳依米古拉教授。國家傑出青年基金獲得者2人，“萬人計劃”領軍人才3人，國家“973”計劃項目首席科學家1人，百千萬人才工程4人，國家優秀青年科學基金獲得者1人，吉林省“長白山學者”5人；教育部創新團隊“典型凝聚態物質壓力誘導的新奇特性”順利結題併成功實現滾動，科技部重點領域創新團隊1個等一大批優秀人才和創新團隊 ^[5]  。

高壓研究強烈依賴於技術和設備，為此實驗室擁有了一支強有力的技術支持隊伍，這支隊伍開展了大量技術創新和儀器設備改造，為實驗室的快速發展提供了保障。

2019年3月，被科技部在2018年工程領域和材料領域國家重點實驗室評估結果為材料領域良好類實驗室。 ^[6] 

實驗室已經培養107位碩士生、47位博士生，在讀碩士研究生127人、博士研究生72人、在站博士後3人。研究生中有相當一部分在校期間就表現出色，共有146人次獲得過各種獎項，包括校級優秀研究生、全國高壓學術研討會優秀青年論文獎、校級優秀博士論文獎、香港“求是”研究生獎學金、“唐敖慶”獎學金等。這些優秀的畢業生中有些參加了本實驗室的研究隊伍，為實驗室增添了新生力量，有些分配到兄弟院校和企事業單位，成為超硬材料和高壓科學研究的生力軍，一些人已經開始在國內外學術界嶄露頭角。