二. 超硬材料国家重点实验室
1.实验室简介
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，1995年11月实验室通过国家验收并正式向国内外开放，2003年、2008年两次参加并通过国家对实验室的评估。现任学术委员会主任中科院院士邹广田教授，实验室主任崔田教授。
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。主要方向：(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。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。
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。
2. 现任领导
实验室主任：崔田；学术委员会主任：邹广田
3. 主要研究方向
超硬与新型功能材料的高温高压合成、超硬多功能薄膜材料、高压对物质结构和性质的影响与高压相变
4. 研究成果及奖项
1、 超高压下物质的新结构和新性质
| 序
号 |
成果
类型 |
成果名称 | 完成人 | 刊物、出版社或授权单位名称 | 年、卷、期、页、
或专利号 |
| 1.1 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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、材料结构预测方法的创建与高压相新型功能材料的结构设计
| 序号 | 类型 | 名称 | 完成人 | 刊物、出版社或
授权单位名称 |
年、卷、期、页
或专利号 |
| 2.1 | 论文 | 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 | 软件著作权 | CALYPSO计算机软件 | 马琰铭 | 国家版权局 | 2010SR028200 |
| 2.3 | 软件著作权 | 基于演化局域随机算法的晶体结构预测软件 | 崔田，靳锡联，孟醒，范靖，郑松宽，包括 | 国家版权局 | 2012SR075600 |
| 2.4 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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、 高压原位测量实验技术的创新
| 序
号 |
成果
类型 |
成果名称 | 完成人 | 刊物、出版社或授权单位名称 | 年、卷、期、页、或专利号 |
| 3.1 | 国家发明专利 | 用于电学量原位测量的金刚石对顶砧及其制作方法 | 高春晓，李明，韩永昊，邹广田，贺春元，彭刚，李冬妹 | 国家知识产权局 | ZL200710055801.8 |
| 3.2 | 国家发明专利 | 金刚石对顶砧上原位温度测量热电偶及其制备方法 | 高春晓，刘才龙，韩永昊，任万彬，李明，王月，刘鲍，胡廷静，李岩，张洪林 | 国家知识产权局 | ZL201110070911.8 |
| 3.3 | 论文 | 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 | 国家发明专利 | 用于金刚石对顶砧上原位电学测量的电极及其制作方法 | 高春晓，刘才龙，韩永昊，彭刚，胡廷静，吴宝嘉，李冬妹，邹广田 | 国家知识产权局 | ZL200810051718.8 |
| 3.5 | 国家发明专利 | 高压霍尔效应测量装置和测量方法 | 高春晓，胡廷静，崔晓岩，张洪林，刘才龙，彭刚，李冬妹，刘洪武，邹广田 | 国家知识产权局 | ZL200710055802 |
| 3.6 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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、 金刚石超硬多功能材料的制备与应用
| 序号 | 成果
类型 |
成果名称 | 完成人 | 刊物、出版社或授权单位名称 | 年、卷、期、页，或专利号 |
| 4. 1 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 国家发明专利 | 高速生长金刚石单晶的装置和方法 | 李红东，邹广田，吕宪义，金曾孙 | 国家知识产权局 | ZL 200710055326.4 |
| 4.8 | 国家
发明 专利 |
利用添加N2O气体化学气相沉积金刚石单晶的方法 | 李红东，苏颖，吕宪义，王启亮，成绍恒 | 国家知识产权局 | ZL201010603983.x |
| 4.9 | 论文 | 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 | 国家发明专利 | 鉴别高速生长的化学气相沉积金刚石单晶的方法 | 李红东，邹广田，王启亮，吕宪义 | 国家知识产权局 | ZL 200810050651.6 |
| 4.11 | 论文 | 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 | 论文 | 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 | 国家发明专利 | 金刚石膜或天然金刚石的表面改性的方法 | 姜志刚，李英爱，吕宪义 | 国家知识产权局 | ZL200610131606.4 |
| 4.14 | 国家发明专利 | 仿生孕镶金刚石钻头及其制造方法 | 孙友宏，任露泉，高科 | 国家知识产权局 | ZL200610016924.6 |
| 4.15 | 国家发明专利 | 潜孔锤双管钻具及其钻进方法 | 孙友宏，刘冬生，赵大军，吴晓寒 | 国家知识产权局 | ZL200510017186.2 |
5.网址：http://nlshm-lab.jlu.edu.cn/default.aspx
