二. 超硬材料國家重點實驗室
1.實驗室簡介
超硬材料國家重點實驗室是以吉林大學原子與分子物理研究所超硬材料實驗室和高壓物理實驗室為基礎建立起來。國家計委于1989年批準組建超硬材料國家重點實驗室，1995年11月實驗室通過國家驗收并正式向國內外開放，2003年、2008年兩次參加并通過國家對實驗室的評估。現任學術委員會主任中科院院士鄒廣田教授，實驗室主任崔田教授。
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，被發達國家稱為“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。高壓下出現的異于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、常壓下難以制備的新材料以及高壓科學開展研究。主要方向：(1)超硬與新型功能材料的高溫高壓合成。研究在高溫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，探索利用高溫高壓等條件制備新型功能材料及常壓下難以制備的新材料，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制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制備技術，探索新材料在大功率光電器件、抗輻射耐高溫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，為制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。實驗室建設以來，科研工作取得顯著進展：1、超硬與新型功能材料的高溫高壓合成方面。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制備技術和工藝；制備出用于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，確定超導轉變溫度和零電阻溫度；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，制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。解釋存在于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于同一體系中，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臺和高壓理論計算平臺上，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；觀察到高溫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，并獲得一批發明專利，提升了實驗室的科研能力。
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系，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。在依托單位吉林大學的有力支持下，實驗室的長期奮斗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。
2. 現任領導
實驗室主任：崔田；學術委員會主任：鄒廣田
3. 主要研究方向
超硬與新型功能材料的高溫高壓合成、超硬多功能薄膜材料、高壓對物質結構和性質的影響與高壓相變
4. 研究成果及獎項
1、 超高壓下物質的新結構和新性質
| 序
號 |
成果
類型 |
成果名稱 | 完成人 | 刊物、出版社或授權單位名稱 | 年、卷、期、頁、
或專利號 |
| 1.1 | 論文 | Transparent dense sodium | Ma Y M, Mikhail E, Artem R O, Xie Y, Ivan T, Sergey M, Andriy O. L, Mario V& Vitali P | Nature
（IF: 36.28） |
2009, 458, 182 |
| 1.2 | 論文 | A new phase of solid iodine with different molecular covalent bonds | Zeng QF, He Z, San XJ, Ma YM, Tian FB, Cui T, Liu BB, Zou GT, Mao HK | Proc Natl Acad Sci USA
（IF: 9.681） |
2008, 105, 4999 |
| 1.3 | 論文 | Effect of nonhydrostatic pressure on superconductivity of monatomic iodine: An ab initio study | Duan DF, Jin XL, Ma YM, Cui T, Liu BB, Zou GT | Phys Rev B
（IF: 3.691） |
2009, 79, 064518 |
| 1.4 | 論文 | Novel high pressure structures and superconductivity of CaLi2 | Xie Y, Artem R O, Ma YM | Phys Rev Lett
(IF: 7.37) |
2010, 104, 77005 |
| 1.5 | 論文 | Size-dependent amorphization of nanoscale Y2O3 at high pressure | Wang L, Yang WG, Ding Y, Ren Y, Xiao SG, Liu BB, Sinogeikin SV, Meng Y, Gosztola DJ, Shen GY, Hemley RJ, Mao WL, Mao HK | Phys Rev Lett
(IF: 7.37) |
2010. 105, 095701 |
| 1.6 | 論文 | Pressure-induced amorphization and polyamorphism in one-dimensional single-crystal TiO2 nanomaterials | Li QJ, Liu BB, Wang L, Li DM, Liu R, Zou B, Cui T, Zou GT, Meng Y, Mao HK, Liu ZX, Liu J, Li J X | J Phys Chem Lett
(IF: 6.213) |
2010, 1, 309 |
| 1.7 | 論文 | Calcium with the beta-tin structure at high pressure and low temperature | Li B, Ding Y, Yang WG, Wang L, Zou B, Shu JF, Sinogeikin S, Park CY, Zou GT, Mao HK | Proc Natl Acad Sci USA
（IF: 9.681） |
2012, 109, 16459 |
| 1.8 | 論文 | Comment on “Pressure-Dependent Metallic and Superconducting Phases in a Germanium Artificial Metal | Li DF, Ma,YM, Yan J | Phys Rev Lett
(IF: 7.37) |
2010, 104, 139701 |
| 1.9 | 論文 | Substitutional Alloy of Bi and Te at High Pressure | Zhu L, Wang H, Wang YC, Lv J, Ma YM, Cui QL, Ma YM, Zou GT | Phys Rev Lett
(IF: 7.37) |
2010, 104, 177005 |
| 1.10 | 論文 | Long-Range Ordered Carbon Clusters: A Crystalline Material with Amorphous Building Blocks | Wang L, Liu BB, Li H, Yang W G, Ding Y, Sinogeikin SV, Meng Y, Liu ZX, Zeng XC, Mao WL | Science
(IF: 31.201) |
2012, 337, 825 |
| 1.11 | 論文 | Rotational dynamics of confined C60 from near-infrared Raman studies under high pressure | Zou YG, Liu BB, Wang LC, Liu DD, Yu SD, Wang P, Wang TY, Yao MG, Li QJ, Zou B, Cui T, Zou G T, W?gberg T, Sundqvist B, Mao H K | Proc Natl Acad Sci USA
(IF: 9.681) |
2009, 106, 22135 |
| 1.12 | 論文 | Rhodium dihydride (RhH2) with high volumetric hydrogen density | Li B, Ding Y, Kim D Y, Ahuja R, Zou G T Mao H K | Proc Natl Acad Sci USA
(IF: 9.681） |
2011, 108, 18618 |
| 1.13 | 論文 | Superconductive sodalite-like clathrate calcium hydride at high pressures | Wang H, John T, Tanaka K, Iitak T, Ma YM | Proc Natl Acad Sci USA
（IF: 9.681） |
2012, 109, 6463 |
| 1.14 | 論文 | Ab initio study revealing a layered structure in hydrogen-rich KH6 under high pressure | Zhou DW, Jin XL, Meng X, Bao G, Ma YM, Liu BB, Cui T | Phys Rev B
(IF: 3.691） |
2012，86，014118 |
| 1.15 | 論文 | Superconductivity at similar to 100 K in dense SiH4(H2)2 predicted by first principles | Li YW, Gao GY, Xie Y, Ma YM, Cui T, Zou GT | Proc Natl Acad Sci USA
（IF: 9.681） |
2010, 107, 15708 |
2、材料結構預測方法的創建與高壓相新型功能材料的結構設計
| 序號 | 類型 | 名稱 | 完成人 | 刊物、出版社或
授權單位名稱 |
年、卷、期、頁
或專利號 |
| 2.1 | 論文 | Crystal structure prediction via particle-swarm optimization | Wang YC, Lv J, Zhu L, and Ma YM | Phys Rev B
(IF: 3.691) |
2010, 82, 094116 |
| 2.2 | 軟件著作權 | CALYPSO計算機軟件 | 馬琰銘 | 國家版權局 | 2010SR028200 |
| 2.3 | 軟件著作權 | 基于演化局域隨機算法的晶體結構預測軟件 | 崔田，靳錫聯，孟醒，范靖，鄭松寬，包括 | 國家版權局 | 2012SR075600 |
| 2.4 | 論文 | Predicted Novel High-Pressure Phases of Lithium | Lv J, Wang YC, Zhu L, and Ma YM | Phys Rev Lett
(IF: 7.37) |
2011, 106, 015503 |
| 2.5 | 論文 | Tetragonal Allotrope of Group 14 Elements | Zhao ZS, Tian F, Dong X, Li Q, Wang QQ, Wang H, Zhong X, Xu B, Yu DL, He JL, Wang HT, Ma YM, Tian YJ | J Am Chem Soc
(IF: 9.907) |
2012, 134, 12362 |
| 2.6 | 論文 | High pressure partially ionic phase of water ice | Wang Y C, Liu H Y, Lv J, Zhu L, Wang H, Ma Y M | Nat Commun.
(IF: 7.396) |
2011, 2, 563 |
| 2.7 | 論文 | Spiral chain O4 form of dense oxygen | Zhu L, Wang ZW, Wang YC, Zou GT, Mao HK, Ma YM | Proc Natl Acad Sci USA
（IF: 9.681） |
2012, 109, 751 |
| 2.8 | 論文 | Superconducting high pressure phase of germane | Gao G Y, Oganov A R, Bergara A, Canales M M, Cui T, Iitaka T, Ma YM, Zou GT | Phys Rev Lett
(IF: 7.37) |
2008, 101, 107002 |
| 2.9 | 論文 | High-pressure crystal structures and superconductivity of Stannane (SnH4) | Gao G Y, Oganov A R, Li P F, Li Z W, Wang H, Cui T, Ma Y M, Bergara A, Lyakhov A O, Iitaka T, and Zou G T | Proc Natl Acad Sci USA
（IF: 9.681） |
2010, 107, 1317 |
| 2.10 | 論文 | Superconducting high-pressure phases of disilane | Jin X L, Meng X, He Z, Ma Y M, Liu B B, Cui T, Zou G T, Mao H K | Proc Natl Acad Sci USA
（IF: 9.681） |
2010, 107, 9969 |
| 2.11 | 論文 | Superhard Monoclinic Polymorph of Carbon | Li Q, Ma Y M , Oganov A R, Wang HB, Wang H, Xu Y, Cui T, Mao HK, Zou GT | Phys Rev Lett
(IF: 7.37) |
2009, 102, 175506 |
| 2.12 | 論文 | Predicted lithium-boron compounds under high pressure | Peng F, Miao MS, Wang H, Li Q, and Ma YM | J Am Chem Soc
（IF: 9.907） |
2012, 134, 18599 |
| 2.13 | 論文 | How to get superhard MnB2: a first-principles study | Fan J, Bao K, Jin XL, Meng XX, Duan DF, Liu BB, and Cui T | J Mater Chem
(IF: 5.968) |
2012, 22(34）17630 |
| 2.14 | 論文 | Novel High Pressure Structures of Polymeric Nitrogen | Y M Ma, Oganov A R, Li Z W, Xie Y, Kotakoski J | Phys Rev Lett
(IF: 7.37) |
2009, 102, 065501 |
| 2.15 | 論文 | Cage like Diamondoid Nitrogen at High Pressures | Wang XL, Wang YC, Miao MS, Zhong X, Lv J, Cui T, Li JF, Chen L, Pickard CJ, Ma YM | Phys Rev Lett
(IF: 7.37) |
2012, 109, 175502 |
3、 高壓原位測量實驗技術的創新
| 序
號 |
成果
類型 |
成果名稱 | 完成人 | 刊物、出版社或授權單位名稱 | 年、卷、期、頁、或專利號 |
| 3.1 | 國家發明專利 | 用于電學量原位測量的金剛石對頂砧及其制作方法 | 高春曉，李明，韓永昊，鄒廣田，賀春元，彭剛，李冬妹 | 國家知識產權局 | ZL200710055801.8 |
| 3.2 | 國家發明專利 | 金剛石對頂砧上原位溫度測量熱電偶及其制備方法 | 高春曉，劉才龍，韓永昊，任萬彬，李明，王月，劉鮑，胡廷靜，李巖，張洪林 | 國家知識產權局 | ZL201110070911.8 |
| 3.3 | 論文 | Preparation of W-Ta thin-film thermocouple on diamond anvil cell for in-situ temperature measurement under high pressure | Yang J, Li M, Zhang H, Gao CX | Rev Sci Instrum
(IF: 1.367) |
2011, 82, 045108 |
| 3.4 | 國家發明專利 | 用于金剛石對頂砧上原位電學測量的電極及其制作方法 | 高春曉，劉才龍，韓永昊，彭剛，胡廷靜，吳寶嘉，李冬妹，鄒廣田 | 國家知識產權局 | ZL200810051718.8 |
| 3.5 | 國家發明專利 | 高壓霍爾效應測量裝置和測量方法 | 高春曉，胡廷靜，崔曉巖，張洪林，劉才龍，彭剛，李冬妹，劉洪武，鄒廣田 | 國家知識產權局 | ZL200710055802 |
| 3.6 | 論文 | In situ Hall effect measurement on diamond anvil cell under high pressure | Hu TJ, Cui XY, Gao Y, Han YH, Liu CL, Liu B, Liu HW, MaYZ, Gao CX | Rev Sci Instrum
(IF: 1.367) |
2010, 81, 115101 |
| 3.7 | 論文 | The effect of sample insulation on experiment precision of resistivity measurement in a diamond anvil cell | Peng G, Han YH, Gao CX, Ma YZ, Wu BJ, Liu CL, Liu B, TJ, WangY, Cui XY, RenWB, Liu HW, Zou GT | Rev Sci Instrum
(IF: 1.367) |
2010, 81, 036108 |
| 3.8 | 論文 | In situ impedance measurements in diamond anvil cell under high pressure | Wang Y, Han YH, Gao CX, Ma YZ, Liu CL, Peng G , Wu BJ, Liu B, HuTJ, Cui X, Ren WB, Li Y, Su NN, Liu HW, Zou GT | Rev Sci Instrum
(IF: 1.367) |
2010, 81, 013904 |
| 3.9 | 論文 | High-pressure electrical transport properties of KNbO Experimental and theoretical approaches | Wang QL, Han YH, Liu CL, Ma YZ, Ren WB, Gao CX | Appl Phys Lett
（IF : 3.844） |
2012, 100, 172905 |
| 3.10 | 論文 | High-Pressure Electrical Transport Behavior in WO | Li YQ, Gao Y, Han YH, Wang QL, Li Y, Zhang JK, Liu CL, Ma YZ, Gao CX | J Phys Chem C
(IF: 4.805) |
2012, 116, 5210 |
| 3.11 | 論文 | Pressure-induced reversal in magnetite | Su NN, Han YH, Ma YZ, Liu HW, Ma BH, Gao CX | Appl Phys Lett
（IF : 3.844） |
2011, 99, 211902 |
| 3.12 | 論文 | Electrical transport properties of under high pressure | Zhang JK, HanYH, Liu CL, Ren WB, Li Y, Wang QL, Su NN, Li YQ, Ma BH, MaYZ, Gao CX | J Phys Chem C
(IF: 4.805) |
2011, 115, 20710 |
| 3.13 | 論文 | Electrical Properties and Behaviors of Cuprous Oxide Cubes under High Pressure | Liu CL, Sui YM, Ren WB, Ma BH, Li Y, Su NN, Wang QL, LiYQ, Zhang JK, Han YH, Ma YZ, Gao CX | Inorg Chem
（IF: 4.601） |
2012, 51, 7001 |
| 3.14 | 論文 | Piezochromic Luminescence Based on the Molecular Aggregation of 9,10-Bis((E)-2-(pyrid-2-yl)vinyl)anthracene | Dong YJ, Xu B, Zhang JB, Tan X, Wang LJ, Chen JL, Lv HG, Wen SP, Li B, Ye L, Zou B, Tian WJ | Angew Chem Int Edit
（IF: 13.455） |
2012, 51, 10782 |
| 3.15 | 論文 | Synchrotron X-ray Diffraction and Infrared Spectroscopy Studies of C60H18 under High Pressure | Ma HL, Zhang XM, Liu BB , Li QJ, Zeng QF, Yu SD, Zou B, Cui T, Zou GT, Liu ZX, W?gberg T, Sundqqvist B, Noreus D | J Phys Chem Lett
（IF: 6.101） |
2010, 1, 714 |
4、 金剛石超硬多功能材料的制備與應用
| 序號 | 成果
類型 |
成果名稱 | 完成人 | 刊物、出版社或授權單位名稱 | 年、卷、期、頁，或專利號 |
| 4. 1 | 論文 | Hybrid-anvil: A suitable anvil for large volume cubic high pressure apparatus | Han QG, Ma HA, Huang GF, Zhang C, Li ZC, Jia XP | Rev Sci Instrum
(IF: 1.367) |
2009, 80, 096107 |
| 4.2 | 論文 | Design an effective solution for commercial production and scientific research on gem-quality, large, single-crystal diamond by high pressure and high temperature | Han QG, Liu B, Hu MH, Li ZC, Jia XP, Li MZ, Ma HA, Li SS, Xiao HY, Li Y | Cryst Growth Des
(IF: 4.72) |
2011, 11, 1000 |
| 4.3 | 論文 | Crystal growth and characterization of diamond from carbonyl iron catalyst under high pressure and high temperature conditions | Liu XB, Jia XP, Zhang YF, Li Y, Hu MH, Zhou ZX, Ma HA | Cryst Growth Des
(IF: 4.72) |
2011,11,
3844 |
| 4.4 | 論文 | HPHT synthesis of large single crystal diamond doped with high nitrogen concentration | Zhang YF, Zang CY, Ma HA, Liang ZZ, Zhou L, Li SS, Jia XP | Diam Relat Mater
（IF: 1.913） |
2008, 17, 209211 |
| 4.5 | 論文 | Synthesis and characterization of new “BCN” diamond under high pressure and high temperature conditions | Liu XB, Jia XP, Zhang ZF, Zhao M, Guo W, Huang GF, Ma HA | Cryst Growth Des
(IF: 4.72) |
2011,11, 1006 |
| 4.6 | 論文 | Experimental evidence for nucleation and growth mechanism of diamond by seed- assisted method at high pressure and high temperature | Liu XB, Jia XP, Guo XK, Zhang ZF, Ma HA | Cryst Growth Des
(IF: 4.72) |
2010, 10(7), 2895 |
| 4.7 | 國家發明專利 | 高速生長金剛石單晶的裝置和方法 | 李紅東，鄒廣田，呂憲義，金曾孫 | 國家知識產權局 | ZL 200710055326.4 |
| 4.8 | 國家
發明 專利 |
利用添加N2O氣體化學氣相沉積金剛石單晶的方法 | 李紅東，蘇穎，呂憲義，王啟亮，成紹恒 | 國家知識產權局 | ZL201010603983.x |
| 4.9 | 論文 | The effect of CO2 on the high-rate homoepitaxial growth of CVD single crystal diamonds | Zhang Q, Li HD, Cheng SH, Wang QL, Li LA, Lv XY, Zou GT | Diam Relat Mater
（IF: 1.913） |
2011, 20, 496 |
| 4.10 | 國家發明專利 | 鑒別高速生長的化學氣相沉積金剛石單晶的方法 | 李紅東，鄒廣田，王啟亮，呂憲義 | 國家知識產權局 | ZL 200810050651.6 |
| 4.11 | 論文 | A facile route to n-type TiO2-nanotube/p-type boron-doped-diamond heterojunction for highly efficient photocatalysts | Yuan J J, Li H D, Gao S Y, Lin Y H, Li H Y | Chem Commun （IF: 6.169） | 2010, 46, 3119 |
| 4.12 | 論文 | Integration of high-dielectric constant Ta2O5 oxides on diamond for power devices | Cheng SH, Sang LW, Liao MY, Liu JW, Imura M, Li HD, and Koide Y | Appl Phys Lett
（IF: 3.844） |
2012, 101, 232907 |
| 4.13 | 國家發明專利 | 金剛石膜或天然金剛石的表面改性的方法 | 姜志剛，李英愛，呂憲義 | 國家知識產權局 | ZL200610131606.4 |
| 4.14 | 國家發明專利 | 仿生孕鑲金剛石鉆頭及其制造方法 | 孫友宏，任露泉，高科 | 國家知識產權局 | ZL200610016924.6 |
| 4.15 | 國家發明專利 | 潛孔錘雙管鉆具及其鉆進方法 | 孫友宏，劉冬生，趙大軍，吳曉寒 | 國家知識產權局 | ZL200510017186.2 |
5.網址：http://nlshm-lab.jlu.edu.cn/default.aspx
