6月25日,2024年度陳嘉庚科學獎和陳嘉庚青年科學獎頒獎儀式在中國科學院第二十一次院士大會上舉行。陳嘉庚科學獎和陳嘉庚青年科學獎均設立六個獎項,分別是數理科學獎、化學科學獎、生命科學獎、地球科學獎、信息技術科學獎和技術科學獎,依托中國科學院學部平臺組織評審,每兩年評選一次。每項陳嘉庚科學獎獲獎項目獎金為100萬元人民幣,陳嘉庚青年科學獎的每位獲獎人獎金為20萬元人民幣。
憑借揭示了石墨到金剛石的直接相變機理,創制了石墨-金剛石共格界面的新型雜交碳材料這一突破性技術成果,燕山大學趙智勝教授獲得2024年度陳嘉庚青年科學獎技術科學獎。
石墨和金剛石是自然界中最常見的碳材料。上世紀中葉,人們利用石墨在高溫高壓下的相變成功合成出金剛石。相變過程是在高溫高壓“黑盒子”里進行的,無法直接觀測。理論學家相繼提出了協同切變和成核-生長機制來解釋石墨到金剛石的直接相變,但這兩種機制都無法完美解釋實驗結果。
燕山大學趙智勝教授在靜高壓下部分相變的石墨樣品中首次觀察并確定了石墨和金剛石之間的共格界面結構,進而發現了全新的基元拓展機制:石墨層通過局部鍵合形成菱形或矩形金剛石結構基元,同時伴隨共格界面的形成;再通過界面處的金剛石基元向石墨區域進行拓展和復制,逐步實現石墨到金剛石的轉變。這種全新的固/固相變機制不同于經典的成核-生長和協同切變機制。在該機制中,首先形成的是由上下碳六元環結構組成的基元,它的尺寸小于金剛石晶胞,也遠小于傳統成核-生長機制中的臨界晶核尺寸;而金剛石的生長是靠基元堆砌和擴展來實現的,這跟經典的成核-生長機制不同。
通過控制石墨到金剛石相變的進程,趙智勝教授還創制出了石墨-金剛石雜交碳,并將其命名為Gradia。Gradia是一種集金剛石和石墨的優點于一身的碳材料,展現了超高的硬度、韌性和可調的導電性。通過調控石墨和金剛石的比例可實現對Gradia性能的精確控制,使其成為具有導電/超硬、極韌/極硬等優異性能組合的新一代高性能碳材料。
據了解,陳嘉庚科學獎是以著名愛國華僑領袖陳嘉庚先生的名字命名的科學獎勵,其前身是1988年設立的陳嘉庚獎。2003年,經國務院同意,中國科學院和中國銀行共同出資成立陳嘉庚科學獎基金會,設立陳嘉庚科學獎,旨在獎勵近期在中國做出的重大原創性科學技術成果。陳嘉庚青年科學獎于2010年設立,旨在獎勵在中國獨立做出重要原創性科學技術成果的青年科技人才。
趙智勝,燕山大學教授、博導。研究方向為超硬材料與結構陶瓷。發展出了超硬高韌、自潤滑以及導電性可調的石墨-金剛石雜交碳(Gradia)、最硬非晶碳(AM-III)、導電超硬的非晶碳/納米金剛石復合材料、室溫高彈塑性的轉角層狀氮化硼陶瓷等新型和高性能亞穩材料。主持國家自然科學基金面上、優青、杰青、重點項目、國家重點研發計劃課題、河北省杰青、河北省百人計劃等基金項目。以主要完成人獲河北省自然科學一等獎和二等獎。在Nature、Nat. Mater.、Natl. Sci. Rev.、Sci. Adv.、Nat. Commun.、Matter、PNAS、PRL、JACS等期刊發表SCI論文160余篇,他引5000多次;已申請國內外發明專利48項,其中授權美日歐專利18項、中國發明專利16項。研究成果被Nature、Science、人民日報、新華社、國家自然科學基金委員會等亮點報道和介紹。