内蒙古自治区高压相功能材料重点实验室
发布日期：2018-03-26
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高压相功能材料实验室于2014年被批准为内蒙古自治区级重点实验室，实验室主要从事的研究领域是高温高压下功能材料的合成、应用以及理论模拟。材料合成研究目前主要以金刚石单晶为代表的超硬材料研究为主，其中包括功能型宝石级金刚石大单晶、磨料级金刚石单晶。此外还开展有限元模拟高温高压物理场的研究，用来指导高温高压下功能材料的合成。今后将逐渐扩展高压相功能材料研究的领域，将围绕内蒙古地区矿产特色，开展热电材料、半导体材料、电池材料、纳米材料等功能材料的高压条件下的制备与理论研究。
本实验室积极开展新材料的开发研究，目前主要在下述几方面开展研究：
（1）功能型宝石级金刚石单晶合成与应用研究
金刚石材料具有极优异的力学、热学、光学和电学性质，在未来的高科技领域中有望被广泛应用，被誉为21世纪的重要材料。我们将利用本实验室现有优势，开展金刚石的性能改良方面的基础研究，以促进其在热沉、刀具、光学材料、电子器件材料等方面的应用。
（2）单晶金刚石的掺杂功能化研究
金刚石拥有许多极限性能，而金刚石的功用不仅在超硬特性方面，目前国际上围绕半导体金刚石的研究始终没有停止，尤其是对实用型n型半导体的探索，随着大单晶金刚石制备技术的进步，可以制备的金刚石单晶片的尺寸越来越大，已经可以用做高集成电路的散热器，利用金刚石的半导体性能，目前已经可以将其制作成场效应晶体管、冷电子发射器和电离辐射探测器。尽管金刚石的半导体性能没有在电子器件领域得到充分的发挥，但是金刚石作为半导体器件的前景十分可观。我们将通过金刚石掺杂的精细化以及共掺杂技术，探索合成金刚石的半导体性能。
（3）高温高压下富勒烯诱导金刚石成核研究（与中科院纳米所联合开发）
金刚石是由碳元素构成的立方相晶体，碳原子的电子轨道为sp3杂化，石墨相碳原子的电子轨道是sp2杂化，而富勒烯型的碳原子轨道杂化处在二者之间，这导致了富勒烯在高温高压条件下更容易向立方相的金刚石转化。金刚石的成核条件要比生长条件苛刻，因此利用立方相的金刚石或者氮化硼诱导金刚石成核，成为合成功能型单晶的主要手段，但以往的报道和实验结果表明，以金刚石诱导成核生长金刚石类单晶材料时，不可避免存在过渡层，过渡层的存在严重影响金刚石的品质。随着富勒烯制备技术的不断进步，为我们以富勒烯诱导金刚石成核制备功能型金刚石单晶提供了条件。
（4）金刚石与立方相氮化硼的高温高压下复合研究
金刚石虽然具有不可比拟的硬度，遗憾的是不能用来加工金属制品。立方氮化硼作为纯粹的人工合成材料，其硬度仅次于金刚石，但广泛的用于加工金属制品。因此如何让金刚石与立方氮化硼复合而形成一类新型的金刚石，是一个很有前景的研究课题，本实验室在人工合成大单晶方面取得了一定的研究成果，这为实现金刚石与立方氮化硼复合奠定了良好基础。