實驗室簡介

超硬材料國家重點實驗室擁有一支高水平的師資隊伍，包括中國科學(xué)院院士、國家杰出青年基金獲得者、中組部“萬人計劃”入選者、百千萬人才工程入選者等高端人才。實驗室以先進儀器設(shè)備為支撐，一流高端人才為核心，活躍的學(xué)術(shù)氛圍為特色，已成為國際一流科研平臺和高級人才培養(yǎng)基地，在相關(guān)研究領(lǐng)域及應(yīng)用方面充分發(fā)揮引領(lǐng)作用。

超硬材料國家重點實驗室是我國超硬材料和高壓物理研究的重要基地，在超硬多功能材料、高壓科學(xué)和技術(shù)等研究方向上達到了國際先進水平，承擔大量國家重要科學(xué)研究任務(wù)，做出了眾多國際領(lǐng)先水平的重要原創(chuàng)性工作，培養(yǎng)了大批優(yōu)秀人才，積極推動科研成果產(chǎn)業(yè)化，服務(wù)社會、服務(wù)經(jīng)濟建設(shè)，為增強我國相關(guān)學(xué)科的國際競爭力和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。

研究方向

1、高壓對材料結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的影響與高壓相變

發(fā)展高壓下原位結(jié)構(gòu)和光、電、磁等物理性質(zhì)多種原位微區(qū)測量方法和技術(shù)，建立高壓下的理論研究體系，注重理論與實驗緊密結(jié)合，探索高壓條件下體材料和納米材料的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及相變規(guī)律，為制備超硬和多功能的高壓相材料提供實驗與理論依據(jù)，同時注重發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、總結(jié)新規(guī)律、創(chuàng)建新理論。開展高壓技術(shù)在其它學(xué)科中的應(yīng)用與交叉研究。

2、超硬多功能薄膜以及新型低維材料

研究以金剛石膜為代表的超硬多功能薄膜材料的關(guān)鍵制備技術(shù)與物理性質(zhì)，突破制約其發(fā)展的核心問題，開展其作為第三代半導(dǎo)體材料的新特性、新器件的研究，開發(fā)與推廣超硬薄膜材料在高速、高精、高效切削工具方向的應(yīng)用。研究多種新型低維多功能材料的制備及其在光電等多領(lǐng)域的優(yōu)良特性和應(yīng)用。

3、高溫高壓下合成超硬與新型功能材料

研究在高溫高壓下合成超硬材料的物理問題和關(guān)鍵技術(shù)：包括超硬復(fù)合材料關(guān)鍵物理問題-表面與界面問題；大尺寸超硬材料單晶樣品生長的材料物理問題，提高超硬材料的品質(zhì)；探索利用高溫高壓等條件制備新型功能超硬材料及常壓下難以制備的新材料，推動我國向超硬材料強國邁進。

科研成果

發(fā)表論文情況

獲獎情況

實驗室以超硬材料和高壓科學(xué)基礎(chǔ)應(yīng)用研究為核心，重點解決國家現(xiàn)代化建設(shè)、國際前沿領(lǐng)域重大科學(xué)與應(yīng)用問題，取得眾多國際、國內(nèi)領(lǐng)先的科學(xué)成果，是國際上最早實現(xiàn)百萬大氣壓的五個實驗室之一，制備出了我國第一片CVD金剛石薄膜，在我國最早開展大尺寸CVD單晶金剛石高速生長研究，是國際上能夠?qū)崿F(xiàn)人工合成全部四種寶石級單晶金剛石的少數(shù)實驗室之一；建立了高壓下原位多物理量聯(lián)合測量平臺和晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測技術(shù)；發(fā)現(xiàn)了系列長程有序非晶碳等超高硬度的新型結(jié)構(gòu)和材料；發(fā)現(xiàn)了壓力誘導(dǎo)發(fā)光的新現(xiàn)象，并提出了PIE的概念；國際上首次理論預(yù)言高壓下金屬鈉絕緣體轉(zhuǎn)化、高壓下轉(zhuǎn)變溫度超過200K的氫硫體系高溫超導(dǎo)體，并被實驗證實；理論上設(shè)計了新型氫籠合物高溫超導(dǎo)體，被美國和德國兩個實驗小組分別成功合成，實驗測得的超導(dǎo)溫度高達250-260K，創(chuàng)造了超導(dǎo)溫度的新紀錄，大幅推進了室溫超導(dǎo)體的研究進程。“超高壓下簡單分子凝聚體系的新奇結(jié)構(gòu)相變和壓力效應(yīng)”、“高壓下鈉和鋰單質(zhì)及二元化合物的結(jié)構(gòu)與物性”、“CALYPSO晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測方法與應(yīng)用”成果分別獲得2014年、2015年、2019年國家自然科學(xué)獎二等獎；“陸域天然氣水合物冷鉆熱采關(guān)鍵技術(shù)” “頂部驅(qū)動精準控壓科學(xué)鉆探裝備關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”成果獲得2016年、2019年國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。

研究隊伍

組織架構(gòu)

學(xué)術(shù)委員會

儀器設(shè)備

新一代大型超高壓產(chǎn)生裝置

       該裝置其單缸推動力為6萬噸，多級增壓，采用制動化方法制備高壓壓砧材料，利用新的壓力梯度材料及新的高壓核心密封技術(shù)，使用電子機械雙反饋系統(tǒng)保障高精度壓力控制。該裝置能夠?qū)⒏邏呵惑w體積的現(xiàn)有世界水平提高2個數(shù)量級，并能完成以前不能進行的高溫高壓研究工作，精確測量以前不能確定的超高溫高壓極端條件下的物質(zhì)性質(zhì)，開展進一步的高壓過程機制研究，把高壓研究成果推向應(yīng)用。

多面砧大腔體壓機

       1000噸德國多面砧大腔體壓機，6-8式二級加壓，樣品壓強>20GPa，溫度>2000℃，配備自動控壓系統(tǒng)，控壓精度+/- 0.5 bar。

六面頂液壓機

       六面頂壓機是國內(nèi)使用最廣泛的大腔體壓機，這種壓機具有對中性強、造價低、易操作等優(yōu)點，是國內(nèi)合成金剛石和立方氮化硼等超硬材料的主要設(shè)備。六面頂壓機具有6個工作油缸，一級加壓可達6~8GPa。實驗室的六面頂壓機主要用于大尺寸金剛石單晶、超硬復(fù)合材料、熱電功能材料、新型超硬多功能材料的合成研究。

兩面頂Walker型6-8壓機

       Walker-Type型多砧裝置，目前壓力可達到28GPa，最高溫度為2500K，可用于高溫高壓下樣品的合成，模擬地球內(nèi)部環(huán)境，以及部分電學(xué)性質(zhì)的原位表征。