Nature重磅！刘冰冰教授团队高压技术突破，合成出极硬非晶碳！
北京时间2021年11月25日凌晨00时，吉林大学刘冰冰教授团队在国际顶级学术期刊Nature上发表了题为“Ultrahard bulk amorphous carbon from collapsed fullerene”的新成果。
课题组采用自主发展的大腔体压机超高压关键技术，利用C60碳笼压致塌缩形成的“非晶碳团簇”这一新的构筑基元，探索了其在20-37 GPa压力范围内的温压反应相图，首次成功实现了毫米级近全sp3非晶碳块体材料的合成。
寻找新型碳材料一直是材料领域的前沿科学问题。作为自然界中最丰富的元素之一，碳具有多种杂化成键方式，形成的碳材料结构丰富、性质迥异，应用也极为广泛，因此，几乎每一种新碳材料的发现都引发了研究热潮。
从材料形态和原子排列的有序度分类，碳材料可分为长程有序的晶态碳以及无序的非晶碳。石墨和金刚石就是典型的碳晶体，分别由碳原子通过全sp2成键和全sp3成键形成。正是由于碳原子杂化方式不同，金刚石与柔软的石墨性质差异极大。全sp3键的金刚石不仅硬度最高，还是集高热导、宽透光频带、宽禁带等多种优异性能于一体的多功能材料，被称为“工业牙齿”。而非晶碳材料，目前主要是以sp2键为主形成的无定型碳，具有与石墨相似的柔软、导电等特性。然而，合成与金刚石结构、性质相对应的，由全sp3键形成的非晶碳块体材料却一直未能实现，是碳材料领域长期未能突破的科学难题。近年来，非晶材料因展现出如各向同性等不同于晶态材料的显著特点，越来越受到人们的关注。探索新型非晶材料，建立结构与物性之间的关联，是非晶材料领域的重要课题。全sp3非晶碳块体材料的合成对非晶材料领域也具有重要意义。
高压可以有效调控碳的杂化成键方式，是合成新型碳材料的重要技术手段。人造金刚石的合成就是利用高温高压大腔体技术实现的。为了实现全sp3非晶碳块体材料的合成，刘冰冰课题组基于对富勒烯C60高压研究的长期积累，提出了采用大腔体超高压技术，利用C60碳笼压致塌缩形成“非晶碳团簇”这一新的构筑基元，在更高温压区间反应合成全sp3碳块体非晶材料的研究思路。
然而商用大腔体压机的压力极限只有25万大气压，难以满足对新材料高压研究的要求。因此，突破商用大腔体压机的压力极限，发展更高温压范围的大腔体压机技术至关重要。如何解决超高压与大腔体二者技术要求的矛盾，是问题的关键所在，也是国际公认的技术难点。课题组近年来潜心攻关，首次利用国产的硬质合金压砧突破了商用Walker型大腔体压机的压力极限，发展了大腔体压机毫米级样品腔超高压产生的关键技术，在高温条件下实现了高达37万大气压的超高压力【Chin. Phys. Lett. 2020, 37, 080701】，并借此技术首次成功实现了毫米级近全sp3非晶碳块体材料的合成。相关重要结果如下：
1) 首次实现了近全sp3非晶碳块体材料的合成：首次给出富勒烯C60在高温超高压区间（20-37 GPa）的反应相图，在苛刻的温压条件下，合成出了高质量、毫米级、透明的近全sp3非晶碳，sp3碳含量最高可达97.1%。
2) 破解了近全sp3非晶碳的结构难题：通过同步辐射技术与高分辨电镜技术结合，发现其是由具有短/中程序的四配位类金刚石sp3碳团簇形成的非晶结构。
3) 发现了近全sp3非晶碳具有优异的力、热、光学性能，创下多项非晶材料之最：近全sp3非晶碳的光学带隙高达2.7 eV；维氏硬度高达102 GPa（9.8 N载荷下），杨氏模量达到1182 GPa，可与金刚石相媲美；热导率高达26 W/mK，是目前非晶材料中发现的硬度、热导率、模量最高的材料。
4) 实现了非晶碳sp3含量与性能的精细调控：通过改变压力实现了对非晶碳中sp3含量的调控，发现了非晶碳sp3含量与光学带隙、热导率的正相关规律，获得了系列光学带隙可调（1.8 eV-2.7 eV）的非晶碳材料，比非晶硅、锗具有更大的带隙以及调控范围，为非晶材料的应用开辟了新的空间。
这些突破性成果被Nature审稿人高度评价为“世界上很少有研究小组的大腔体压机技术能够达到这么高的温压条件”，“非晶材料领域的重大进展”，“为超硬材料家族添加了独特的一员”，“提供了新颖的物理特性表征，对凝聚态物理和化学领域都是原创且极其有趣的”。值得一提的是，富勒烯C60发现至今已有30多年历史，刘冰冰教授研究团队自1996年起一直从事富勒烯及相关碳材料的高压研究。经过长期努力，课题组不断为这个“80后”的零维碳材料注入新鲜活力。早在2006年，课题组便取得了系列突破，获得了多种压致聚合富勒烯材料；提出了共晶与高压相结合的新思想，发现了一类由压致C60塌缩形成的“非晶团簇”构筑的长程有序碳结构（OACC结构），是继晶体、非晶和准晶后又一全新的结构类型，与合作者发表在Science上【Science, 2012, 337, 825】。随后进一步在C70等大碳笼、金属富勒烯等其他系列共晶体系中再现了这种新结构，通过调控非晶碳团簇的尺寸以及这种结构的对称性和周期，创制了一类全新碳材料【Adv. Mater., 2014, 26, 7257; Adv. Mater., 2015, 27, 3962; Adv. Mater., 2018, 30, 1706916; J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 7584】。正所谓“十年磨一剑，砺得梅花香”，该研究成果是课题组在富勒烯高压研究领域长期积累的基础上的再次突破。
该研究成果第一完成单位为吉林大学超硬材料国家重点实验室，论文共同第一作者为尚宇琛博士、刘兆东教授、董家君博士，姚明光教授与刘冰冰教授为论文共同通讯作者。该成果是与中科院物理所汪卫华院士，瑞典于默奥大学B. Sundqvist教授，美国卡内基研究院费英伟研究员，吉林大学电子显微镜中心张伟教授，以及上海同步辐射光源的林鹤研究员等共同合作完成的。该工作得到了国家重点研发计划项目和国家基金委项目的资助。
文章链接：
https://t.cn/A6xikuWg https://t.cn/z82tUwm
北京时间2021年11月25日凌晨00时，吉林大学刘冰冰教授团队在国际顶级学术期刊Nature上发表了题为“Ultrahard bulk amorphous carbon from collapsed fullerene”的新成果。
课题组采用自主发展的大腔体压机超高压关键技术，利用C60碳笼压致塌缩形成的“非晶碳团簇”这一新的构筑基元，探索了其在20-37 GPa压力范围内的温压反应相图，首次成功实现了毫米级近全sp3非晶碳块体材料的合成。
寻找新型碳材料一直是材料领域的前沿科学问题。作为自然界中最丰富的元素之一，碳具有多种杂化成键方式，形成的碳材料结构丰富、性质迥异，应用也极为广泛，因此，几乎每一种新碳材料的发现都引发了研究热潮。
从材料形态和原子排列的有序度分类，碳材料可分为长程有序的晶态碳以及无序的非晶碳。石墨和金刚石就是典型的碳晶体，分别由碳原子通过全sp2成键和全sp3成键形成。正是由于碳原子杂化方式不同，金刚石与柔软的石墨性质差异极大。全sp3键的金刚石不仅硬度最高，还是集高热导、宽透光频带、宽禁带等多种优异性能于一体的多功能材料，被称为“工业牙齿”。而非晶碳材料，目前主要是以sp2键为主形成的无定型碳，具有与石墨相似的柔软、导电等特性。然而，合成与金刚石结构、性质相对应的，由全sp3键形成的非晶碳块体材料却一直未能实现，是碳材料领域长期未能突破的科学难题。近年来，非晶材料因展现出如各向同性等不同于晶态材料的显著特点，越来越受到人们的关注。探索新型非晶材料，建立结构与物性之间的关联，是非晶材料领域的重要课题。全sp3非晶碳块体材料的合成对非晶材料领域也具有重要意义。
高压可以有效调控碳的杂化成键方式，是合成新型碳材料的重要技术手段。人造金刚石的合成就是利用高温高压大腔体技术实现的。为了实现全sp3非晶碳块体材料的合成，刘冰冰课题组基于对富勒烯C60高压研究的长期积累，提出了采用大腔体超高压技术，利用C60碳笼压致塌缩形成“非晶碳团簇”这一新的构筑基元，在更高温压区间反应合成全sp3碳块体非晶材料的研究思路。
然而商用大腔体压机的压力极限只有25万大气压，难以满足对新材料高压研究的要求。因此，突破商用大腔体压机的压力极限，发展更高温压范围的大腔体压机技术至关重要。如何解决超高压与大腔体二者技术要求的矛盾，是问题的关键所在，也是国际公认的技术难点。课题组近年来潜心攻关，首次利用国产的硬质合金压砧突破了商用Walker型大腔体压机的压力极限，发展了大腔体压机毫米级样品腔超高压产生的关键技术，在高温条件下实现了高达37万大气压的超高压力【Chin. Phys. Lett. 2020, 37, 080701】，并借此技术首次成功实现了毫米级近全sp3非晶碳块体材料的合成。相关重要结果如下：
1) 首次实现了近全sp3非晶碳块体材料的合成：首次给出富勒烯C60在高温超高压区间（20-37 GPa）的反应相图，在苛刻的温压条件下，合成出了高质量、毫米级、透明的近全sp3非晶碳，sp3碳含量最高可达97.1%。
2) 破解了近全sp3非晶碳的结构难题：通过同步辐射技术与高分辨电镜技术结合，发现其是由具有短/中程序的四配位类金刚石sp3碳团簇形成的非晶结构。
3) 发现了近全sp3非晶碳具有优异的力、热、光学性能，创下多项非晶材料之最：近全sp3非晶碳的光学带隙高达2.7 eV；维氏硬度高达102 GPa（9.8 N载荷下），杨氏模量达到1182 GPa，可与金刚石相媲美；热导率高达26 W/mK，是目前非晶材料中发现的硬度、热导率、模量最高的材料。
4) 实现了非晶碳sp3含量与性能的精细调控：通过改变压力实现了对非晶碳中sp3含量的调控，发现了非晶碳sp3含量与光学带隙、热导率的正相关规律，获得了系列光学带隙可调（1.8 eV-2.7 eV）的非晶碳材料，比非晶硅、锗具有更大的带隙以及调控范围，为非晶材料的应用开辟了新的空间。
这些突破性成果被Nature审稿人高度评价为“世界上很少有研究小组的大腔体压机技术能够达到这么高的温压条件”，“非晶材料领域的重大进展”，“为超硬材料家族添加了独特的一员”，“提供了新颖的物理特性表征，对凝聚态物理和化学领域都是原创且极其有趣的”。值得一提的是，富勒烯C60发现至今已有30多年历史，刘冰冰教授研究团队自1996年起一直从事富勒烯及相关碳材料的高压研究。经过长期努力，课题组不断为这个“80后”的零维碳材料注入新鲜活力。早在2006年，课题组便取得了系列突破，获得了多种压致聚合富勒烯材料；提出了共晶与高压相结合的新思想，发现了一类由压致C60塌缩形成的“非晶团簇”构筑的长程有序碳结构（OACC结构），是继晶体、非晶和准晶后又一全新的结构类型，与合作者发表在Science上【Science, 2012, 337, 825】。随后进一步在C70等大碳笼、金属富勒烯等其他系列共晶体系中再现了这种新结构，通过调控非晶碳团簇的尺寸以及这种结构的对称性和周期，创制了一类全新碳材料【Adv. Mater., 2014, 26, 7257; Adv. Mater., 2015, 27, 3962; Adv. Mater., 2018, 30, 1706916; J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 7584】。正所谓“十年磨一剑，砺得梅花香”，该研究成果是课题组在富勒烯高压研究领域长期积累的基础上的再次突破。
该研究成果第一完成单位为吉林大学超硬材料国家重点实验室，论文共同第一作者为尚宇琛博士、刘兆东教授、董家君博士，姚明光教授与刘冰冰教授为论文共同通讯作者。该成果是与中科院物理所汪卫华院士，瑞典于默奥大学B. Sundqvist教授，美国卡内基研究院费英伟研究员，吉林大学电子显微镜中心张伟教授，以及上海同步辐射光源的林鹤研究员等共同合作完成的。该工作得到了国家重点研发计划项目和国家基金委项目的资助。
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#149人新当选两院院士##2021年两院院士增选结果揭晓#【祝贺！#贵州新增1位院士#[中国赞]】2021年两院院士增选结果今天揭晓，共149人当选。记者从贵州大学获悉，在中国科学院正式公布的2021年院士增选结果，贵大杰出校友张克勤教授增选当选中国科学院院士。
据介绍，张克勤教授为贵州黔西人，曾任云南大学副校长。1981年毕业于贵州大学（原贵州农学院）植物保护专业，获学士学位，1989年毕业于贵州大学（原贵州农学院）真菌学专业，获硕士学位，1995年破格晋升教授，1998年晋升博士生导师，1998年在中国农业大学获博士学位，1989年和1992年在英国大学做访问学者，1998年作为云南省跨世纪一层次人才引进到云南大学。2001年1月至2019年2月，在云南大学工作，任副校长; 2021年11月18日，当选中国科学院2021年院士（生命科学和医学学部）。
40年来，张克勤教授持之以恒地专注线虫生物防治研究。依托云贵高原丰富的生物多样性资源，发掘了一系列重要的线虫生防微生物资源和先导化合物，建立了全球最大的线虫生防微生物库；揭示了微生物与线虫互作的分子机制，开辟了线虫生物防治新途径；创建了根结线虫高效生物防治技术体系，研发出具有自主知识产权的高效线虫生防产品并被广泛推广应用。
张克勤教授主持了我国首个线虫生防“973”和国家高技术产业化项目，以第一完成人获国家科技进步二等奖1项、中国发明专利金奖1项、云南省科学技术杰出贡献奖、云南省自然科学特等奖1项、省部级自然科学和科技进步一等奖6项，获何梁何利奖、谈家桢生命科学奖等，获中国授权发明专利62项。以通讯(含共同)或第一作者在PNAS，Nat Commun，Sci Adv，J Am Chem Soc等刊物发表SCI论文219篇，在中外出版社出版专著4部，为解决线虫生防的世界难题，为农业可持续发展作出了重要贡献。
据介绍，张克勤教授为贵州黔西人，曾任云南大学副校长。1981年毕业于贵州大学（原贵州农学院）植物保护专业，获学士学位，1989年毕业于贵州大学（原贵州农学院）真菌学专业，获硕士学位，1995年破格晋升教授，1998年晋升博士生导师，1998年在中国农业大学获博士学位，1989年和1992年在英国大学做访问学者，1998年作为云南省跨世纪一层次人才引进到云南大学。2001年1月至2019年2月，在云南大学工作，任副校长; 2021年11月18日，当选中国科学院2021年院士（生命科学和医学学部）。
40年来，张克勤教授持之以恒地专注线虫生物防治研究。依托云贵高原丰富的生物多样性资源，发掘了一系列重要的线虫生防微生物资源和先导化合物，建立了全球最大的线虫生防微生物库；揭示了微生物与线虫互作的分子机制，开辟了线虫生物防治新途径；创建了根结线虫高效生物防治技术体系，研发出具有自主知识产权的高效线虫生防产品并被广泛推广应用。
张克勤教授主持了我国首个线虫生防“973”和国家高技术产业化项目，以第一完成人获国家科技进步二等奖1项、中国发明专利金奖1项、云南省科学技术杰出贡献奖、云南省自然科学特等奖1项、省部级自然科学和科技进步一等奖6项，获何梁何利奖、谈家桢生命科学奖等，获中国授权发明专利62项。以通讯(含共同)或第一作者在PNAS，Nat Commun，Sci Adv，J Am Chem Soc等刊物发表SCI论文219篇，在中外出版社出版专著4部，为解决线虫生防的世界难题，为农业可持续发展作出了重要贡献。
#云南3人当选2021年两院院士#【重磅！#云南大学再添一位院士#】11月18日， 2021年两院院士增选结果正式揭晓，共有149人当选。其中，中国科学院增选院士65人，中国工程院增选院士84人。此次增选云南共有3人当选两院院士，分别是——
云南大学张克勤
云南白药集团股份有限公司朱兆云
中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司张宗亮
其中，云南大学教授张克勤当选中国科学院生命科学和医学学部院士。
张克勤是线虫生防领域的杰出学者。作物病原线虫是仅次于真菌的第二大农作物重要病害，全球每年因线虫造成的农业损失高达1700多亿美元。大剂量施用化学农药严重污染土壤，影响食品安全，高毒性化学杀线虫剂因此被禁用或限用，线虫防治成为世界性难题，生物防治受到高度关注。
上世纪80年代，张克勤在一次实验中偶然发现，食用菌中有一类微生物可以吃线虫。“从来都只见过虫吃菌，菌吃虫，这还是第一次见到。”张克勤异常兴奋。
张克勤认为，“会吃虫的菌”或许就是线虫生物防治的一个突破口。这种“会吃虫的菌”首先会分泌出引诱线虫的芳香物质，诱骗线虫吞食。攻入线虫体内后，又释放两种蛋白酶作用于线虫的肠道靶蛋白而杀死线虫。这个细菌侵染线虫先吸引后毒杀的过程被称作“特洛伊木马”机制。以此为基础，张克勤进而研发出高毒力的菌株，制成生物制剂后“消灭”线虫，开辟了线虫生物防治新途径。
与此同时，张克勤带领团队从系统分类学、天然产物化学和化学生物学等多学科对生防微生物资源进行了深入和系统的研究。
40年来，张克勤持之以恒地专注线虫生物防治研究。依托云贵高原丰富的生物多样性资源，发掘了一系列重要的线虫生防微生物资源和先导化合物，建立了全球最大的线虫生防微生物库；揭示了微生物与线虫互作的分子机制，开辟了线虫生物防治新途径；创建了根结线虫高效生物防治技术体系，研发出具有自主知识产权的高效线虫生防产品并被广泛推广应用。
张克勤主持了我国首个线虫生防“973”和国家高技术产业化项目，以第一完成人获国家科技进步二等奖1项、中国发明专利金奖1项、云南省科学技术杰出贡献奖、云南省自然科学特等奖1项、省部级自然科学和科技进步一等奖6项，获何梁何利奖、谈家桢生命科学奖等，获中国授权发明专利62项。以通讯(含共同)或第一作者在PNAS，Nat Commun，Sci Adv，J Am Chem Soc等刊物发表SCI论文219篇，在中外出版社出版专著4部，为解决线虫生防的世界难题，为农业可持续发展作出了重要贡献。
云南大学张克勤
云南白药集团股份有限公司朱兆云
中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司张宗亮
其中，云南大学教授张克勤当选中国科学院生命科学和医学学部院士。
张克勤是线虫生防领域的杰出学者。作物病原线虫是仅次于真菌的第二大农作物重要病害，全球每年因线虫造成的农业损失高达1700多亿美元。大剂量施用化学农药严重污染土壤，影响食品安全，高毒性化学杀线虫剂因此被禁用或限用，线虫防治成为世界性难题，生物防治受到高度关注。
上世纪80年代，张克勤在一次实验中偶然发现，食用菌中有一类微生物可以吃线虫。“从来都只见过虫吃菌，菌吃虫，这还是第一次见到。”张克勤异常兴奋。
张克勤认为，“会吃虫的菌”或许就是线虫生物防治的一个突破口。这种“会吃虫的菌”首先会分泌出引诱线虫的芳香物质，诱骗线虫吞食。攻入线虫体内后，又释放两种蛋白酶作用于线虫的肠道靶蛋白而杀死线虫。这个细菌侵染线虫先吸引后毒杀的过程被称作“特洛伊木马”机制。以此为基础，张克勤进而研发出高毒力的菌株，制成生物制剂后“消灭”线虫，开辟了线虫生物防治新途径。
与此同时，张克勤带领团队从系统分类学、天然产物化学和化学生物学等多学科对生防微生物资源进行了深入和系统的研究。
40年来，张克勤持之以恒地专注线虫生物防治研究。依托云贵高原丰富的生物多样性资源，发掘了一系列重要的线虫生防微生物资源和先导化合物，建立了全球最大的线虫生防微生物库；揭示了微生物与线虫互作的分子机制，开辟了线虫生物防治新途径；创建了根结线虫高效生物防治技术体系，研发出具有自主知识产权的高效线虫生防产品并被广泛推广应用。
张克勤主持了我国首个线虫生防“973”和国家高技术产业化项目，以第一完成人获国家科技进步二等奖1项、中国发明专利金奖1项、云南省科学技术杰出贡献奖、云南省自然科学特等奖1项、省部级自然科学和科技进步一等奖6项，获何梁何利奖、谈家桢生命科学奖等，获中国授权发明专利62项。以通讯(含共同)或第一作者在PNAS，Nat Commun，Sci Adv，J Am Chem Soc等刊物发表SCI论文219篇，在中外出版社出版专著4部，为解决线虫生防的世界难题，为农业可持续发展作出了重要贡献。
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