吉林大学超硬材料简介
超硬材料是典型的高压相材料，在国家很多行业的产业链中起着关键作用，决定着国家的工业水平。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。在高压下出现不同于正常物质结构和性质的高压相，是探索新材料的源泉。高压研究是获取现代国防关键数据的重要途径。实验室将重点研究超硬多功能材料、常压下难以制备的新材料和高压科学。主要方向:(1)高温高压下超硬及新型功能材料的合成。研究高温高压合成超硬材料的物理问题和关键技术，提高超硬材料质量，探索利用高温高压制备新功能材料和常压下难以制备的新材料，促进研究成果产业化。(2)超硬多功能薄膜材料。研究超硬多功能薄膜材料的关键制备技术和基础物理问题；发展和推广超硬薄膜材料在精加工工具中的应用；研究原型器件结构和制备技术，探索新材料在高功率光电器件、抗辐射、耐高温半导体等高科技领域的应用。(3)高压对材料结构和性能的影响以及高压相变。发展拉曼光谱、X射线衍射、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、性能和相变规律，为超硬和多功能高压相材料的制备提供实验和理论依据。开展其他学科的高压技术研究。实验室成立以来，科研取得显著进展:1，高温高压合成超硬及新型功能材料。自主研发20余种高档金刚石单晶和特种高档工业金刚石合成技术，以及一系列推动行业成长、引领行业发展的基础应用研究。2.超硬多功能薄膜材料。改进了大尺寸高质量金刚石厚膜的制备技术和工艺。制备了用于大功率半导体激光器的高导热金刚石薄膜热沉。实现金刚石厚膜在精密加工领域的应用。首先，发现了掺硼金刚石厚膜的超导特性，确定了超导转变温度和零电阻温度。在金刚石基宽带异质结的性能标定、能级模型、载流子输运特性等方面取得突破；系统地给出了高硬度氮化碳(CNx)薄膜的生长、结构和场发射特性。实现了金刚石单晶的气相外延生长，制备了大尺寸金刚石单晶。3.高压对材料结构和性能的影响及高压相变。发现金属钠在200万大气压下转变成“透明”的宽带隙绝缘体。发现了一种新的碘分子晶相。解释在碘和溴的高压原位拉曼光谱中观察到两种新的振动模式。在同一体系中存在两个键长不同的分子内* * *价键，这对理解分子离解和金属氢的研究具有重要的指导意义。在超高压下原位材料结构分析与性能测试实验平台和高压理论计算平台上，发现压力可以有效提高热电材料的热电效率等新的高压效应。在高温高压下观察到液-液一级相变和压力诱导结构金属化相变等新的相变。揭示过去在许多物质中难以确定的压力诱导相变的物理机制；首次实现了C60纳米棒和碳纳米管的压力诱导价键聚合，获得了常压法难以获得的性能优异的新型准一维纳米材料。这些重要研究进展和成果在《自然》、《PNAS》、《物理评论快报》等期刊上发表了一批高质量论文，连续多年获得省部级科技奖励，获得多项发明专利，提高了实验室的科研能力。
实验室通过开放课题、国际合作、访问学者、举办国际会议等方式促进开放交流。中科院物理所等多家科研单位承担了开放实验室的任务，与美国华盛顿-卡内基研究所等国际知名研究机构保持了长期良好的合作关系，承办了高压材料国际学术邀请大会等国际会议。每年都有美国、瑞典、德国、韩国的资深访问学者来实验室参加会议或在实验室组织的材料科学前沿论坛上讲课。在吉林大学的大力支持下，实验室的远期目标是在主要研究方向达到国际先进水平，在若干研究领域达到国际领先水平。在学术上做出重要的原创性工作，推动学科发展，把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研究中心。推动科研成果产业化，为提高我国超硬材料行业科技水平、增强国际竞争力、实现可持续发展做出贡献。
超硬材料是典型的高压相材料，在国家很多行业的产业链中起着关键作用，决定着国家的工业水平。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。在高压下出现不同于正常物质结构和性质的高压相，是探索新材料的源泉。高压研究是获取现代国防关键数据的重要途径。实验室将重点研究超硬多功能材料、常压下难以制备的新材料和高压科学。主要方向:(1)高温高压下超硬及新型功能材料的合成。研究高温高压合成超硬材料的物理问题和关键技术，提高超硬材料质量，探索利用高温高压制备新功能材料和常压下难以制备的新材料，促进研究成果产业化。(2)超硬多功能薄膜材料。研究超硬多功能薄膜材料的关键制备技术和基础物理问题；发展和推广超硬薄膜材料在精加工工具中的应用；研究原型器件结构和制备技术，探索新材料在高功率光电器件、抗辐射、耐高温半导体等高科技领域的应用。(3)高压对材料结构和性能的影响以及高压相变。发展拉曼光谱、X射线衍射、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、性能和相变规律，为超硬和多功能高压相材料的制备提供实验和理论依据。开展其他学科的高压技术研究。实验室成立以来，科研取得显著进展:1，高温高压合成超硬及新型功能材料。自主研发20余种高档金刚石单晶和特种高档工业金刚石合成技术，以及一系列推动行业成长、引领行业发展的基础应用研究。2.超硬多功能薄膜材料。改进了大尺寸高质量金刚石厚膜的制备技术和工艺。制备了用于大功率半导体激光器的高导热金刚石薄膜热沉。实现金刚石厚膜在精密加工领域的应用。首先，发现了掺硼金刚石厚膜的超导特性，确定了超导转变温度和零电阻温度。在金刚石基宽带异质结的性能标定、能级模型、载流子输运特性等方面取得突破；系统地给出了高硬度氮化碳(CNx)薄膜的生长、结构和场发射特性。实现了金刚石单晶的气相外延生长，制备了大尺寸金刚石单晶。3.高压对材料结构和性能的影响及高压相变。发现金属钠在200万大气压下转变成“透明”的宽带隙绝缘体。发现了一种新的碘分子晶相。解释在碘和溴的高压原位拉曼光谱中观察到两种新的振动模式。在同一体系中存在两个键长不同的分子内* * *价键，这对理解分子离解和金属氢的研究具有重要的指导意义。在超高压下原位材料结构分析与性能测试实验平台和高压理论计算平台上，发现压力可以有效提高热电材料的热电效率等新的高压效应。在高温高压下观察到液-液一级相变和压力诱导结构金属化相变等新的相变。揭示过去在许多物质中难以确定的压力诱导相变的物理机制；首次实现了C60纳米棒和碳纳米管的压力诱导价键聚合，获得了常压法难以获得的性能优异的新型准一维纳米材料。这些重要研究进展和成果在《自然》、《PNAS》、《物理评论快报》等期刊上发表了一批高质量论文，连续多年获得省部级科技奖励，获得多项发明专利，提高了实验室的科研能力。
实验室通过开放课题、国际合作、访问学者、举办国际会议等方式促进开放交流。中科院物理所等多家科研单位承担了开放实验室的任务，与美国华盛顿-卡内基研究所等国际知名研究机构保持了长期良好的合作关系，承办了高压材料国际学术邀请大会等国际会议。每年都有美国、瑞典、德国、韩国的资深访问学者来实验室参加会议或在实验室组织的材料科学前沿论坛上讲课。在吉林大学的大力支持下，实验室的远期目标是在主要研究方向达到国际先进水平，在若干研究领域达到国际领先水平。在学术上做出重要的原创性工作，推动学科发展，把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研究中心。推动科研成果产业化，为提高我国超硬材料行业科技水平、增强国际竞争力、实现可持续发展做出贡献。