高压下α-石英和柯石英的相变行为

利用金刚石压腔和同步辐射X射线衍射技术,对α-石英和柯石英在常温高压下的相变行为进行了研究。实验结果表明:α-石英在约23 GPa开始发生结构相变,在约44 GPa相变完成,直至59 GPa仍能观察到结晶态;柯石英在约22 GPa转变为柯石英-Ⅱ相,高于36 GPa时,继续发生结构转变,直至59 GPa仍有结晶态;氖气和氩气所提供的不同静水压条件对α-石英和柯石英的高压相变行为影响不大。实验结果为进一步厘清二氧化硅物相的压致相变行为和相变机制提供了实验支撑。     

铜的高压声速和冲击熔化

 用光分析技术，测量了在一维应变冲击条件下，无氧铜的高压下声速，压力范围为125~170 GPa。将上述结果与Broberg、Morris等和Aльгшуер等过去发表的数据结合在一起，对0~170 GPa整个压力区间的声速数据做了综合分析，给出了声速随压力的变化规律。实验结果发现，无氧铜在156~159 GPa之间开始发生冲击熔化，到170 GPa左右，完全进入液相区；对于处于0~156 GPa固体无氧铜的弹性声速c_l可用ln c_l=1.565 888-2.645 488×10^-2ln p+2.710 681×10^-2ln²p拟合公式描述（p的单位为GPa，c_l的单位为km/s），拟合值与实验值的相对误差小于1.3%。     

α-锆低压动态力学特性研究

 在3.3×10^-4～1.5×10³ s^-1应变率范围内获得了α-锆的应力-应变曲线，给出了Johnson-Cook本构拟合参数。利用含动态损伤与断裂的一维程序，较好复显了在峰值应力4.3～5.1 GPa范围测量的α-锆自由面速度剖面，验证了确定的α-锆低压动态力学参数的合理性。     

橡胶材料的动态压缩性能及其应变率相关的本构模型

 利用Instron万能试验机与LC4超硬铝合金分离式Hopkinson压杆设备,对3种不同波阻抗的橡胶材料——炭黑母胶（Carbon Black Rubber）、硅橡胶（Silicone Rubber）和泡沫橡胶（Foam Rubber）在较大应变率范围（0.002~15 000s^-1）内进行了单轴压缩实验,研究应变率对橡胶材料力学性能的影响。实验结果表明：3种橡胶的准静态与动态应力-应变曲线具有不同的应变硬化形式,且动态加载下随着应变率的增大,硬化效应逐渐增强;在准静态及高应变率（12 000~15 000 s^-1）压缩下,泡沫橡胶表现出多孔类材料压缩曲线的弹性、塑性崩塌及致密化3段特征。基于Rivilin应变能模型,构建了一个应变率相关的动态本构模型,模拟结果与实验结果吻合较好,可以用于描述较大应变率范围内3种橡胶的非线性应力-应变关系。     

高压下β-FeOOH纳米固体结构转变的研究

 以化学水解法合成的β-FeOOH纳米微粉（平均粒径在12 nm左右）为原料，分别在0.0~4.5 GPa和200~350 ℃的压力和温度范围进行冷压和热压处理。实验结果表明，冷压对β-FeOOH纳米固体的结构没有明显影响，但却使它的热致相变（从β-FeOOH相到α-Fe₂O₃相）温度从常压下的203.8 ℃提高到4.5 GPa压力下的274 ℃，接近常规体相材料的相变温度。而在一定的热压条件处理下，首次发现了从β-FeOOH相到α-FeOOH相的结构转变，并在4.5 GPa、200 ℃的热压条件下得到了转变过程中的一个新的亚稳相。从压力和温度对纳米微粒的作用角度，对上述实验结果进行了讨论。     

CdTe的状态方程及其高压相变

 用金刚石压砧高压X光衍射技术研究了Ⅱ-Ⅵ族化合物CdTe的室温状态方程和室温高压相变。实验的最高压力达39.2 GPa。实验中发现CdTe从(3.3±0.1)GPa开始从闪锌矿结构相相NaCl结构相转变，相变时体积收缩15.8%；从(10.3±0.2)GPa开始从NaCl相向β-Sn结构相转变，相变时无体积突变；在(12.2±0.2)GPa由β-Sn相向正交结构相转变，相变时也无体积突变。CdTe的压缩数据用最小二乘法以Bridgman状态方程和Murnaghan状态方程拟合，得到其零压时合相变压力时各个相的体弹模量及体弹模量的压力微商，并与其它的实验合理论结果进行比较。     

一维应变压缩下TC4钛合金绝热剪切研究

 利用内径为57 mm的压缩气炮，在撞击速度为0.2~1.2 km/s（相应的靶中压力为3~15 GPa）范围内进行对称碰撞实验，以研究TC4（Ti-Al6-V4）钛合金在一维应变冲击压缩条件下的绝热剪切现象。对回收得到的受冲击样品，在扫描电镜（SEM）下进行细观金相分析。结果指出，一维应变冲击压缩条件下，TC4钛合金中绝热剪切带产生的对称碰撞速度阈值为500 m/s（相当于样品中的压力为5.87 GPa）；主剪切带与冲击方向约为45°角，带上有圆形和椭圆形两种孔洞且随碰撞速度的增大而增多和长大，这是典型的韧性损伤特征。随碰撞速度增大，产生与主剪切带成15°角的支剪切带。这些与理论预言相符。X射线能谱分析结果指出，剪切带内材料发生了(α+β)→β相的转变，是典型的相变带。剪切带的温度估算与实验提供的信息吻合。     

石英压电晶体在霍普金森压杆实验中的应用

 利用传统分离式霍普金森压杆（SHPB）对低密度、低波阻材料进行测试时,存在透射信号弱、试样在加载时间内难以达到受力变形均匀的不足。采用嵌入压电石英晶体技术测试微弱的透射信号,并监测试样两端应力平衡。实验测试了一种低密度聚氨酯泡沫,结果表明嵌入压电石英晶体技术可以大幅提高透射信号的幅值和信噪比,所测试的材料在应变率范围1 000~4 000 s^-1内应变率效应不明显。     

超高压下碘的结构相变

 采用DAC高压X光技术，在320 GPa压力下，对碘进行了结构相变的研究。用耐腐蚀材料Mo作封垫，在室温和无保护气氛下装样。采用Mo内标和红宝石荧光测量进行压力校准。结果表明，在21 GPa时，开始发生结构相变，由面心正交相（Ⅰ相），转变为体心正交相（Ⅱ相），体积缩小2%左右。在21~25 GPa之间为两相共存区；在25 GPa以上完全转变为新的高压单相（Ⅱ相）。此相变为可逆相变。     

纳米硫化锌球壳的高压相变研究

 采用同步辐射能量色散X射线衍射（EDEX）技术和金刚石对顶砧高压装置,对纳米硫化锌球壳进行了原位高压X射线衍射实验。最高压力达33.3 GPa。常压下纳米硫化锌球壳为纤锌矿结构和闪锌矿结构共存的混相结构。压力达到11.2 GPa时,纳米硫化锌空心球中的纤锌矿结构全部转变为闪锌矿结构。压力达到16.0 GPa时,发生了由闪锌矿结构向岩盐矿结构的相变,在17.5 GPa和21.0 GPa时分别出现未知峰,33.3 GPa时基本完全转变为岩盐矿结构。两个相变均为可逆相变。     

C轴压力下ZnO晶体结构及电子性质的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法对ZnO晶体在c轴取向压力作用下的晶体结构、电子结构的变化进行了研究. 结果表明,当压力在0到6 GPa区间时,晶格参数呈线性变化,带隙随压力增大而增大,显示弹性应变特征;当压力从6 GPa增大到10 GPa的过程中,晶体结构有了较大变化,出现了介于常压下纤锌矿结构和等静压高压下NaCl结构之间的类石墨结构(Graphitelike structure). 伴随着这一结构相变,ZnO的晶格参数,能隙和态密度等电子结构出现了较大跃变.     

C轴压力下ZnO晶体结构及电子性质的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法对ZnO晶体在c轴取向压力作用下的晶体结构、电子结构的变化进行了研究.结果表明,当压力在0～6 GPa区间时,晶格参数呈线性变化,带隙随压力增大而增大,显示弹性应变特征;当压力从6 GPa增大到10 GPa的过程中,晶体结构有了较大变化,出现了介于常压下纤锌矿结构和等静压高压下NaCl结构之间的类石墨结构(Graphitelike structure).伴随着这一结构相变,ZnO的晶格参数,能隙和态密度等电子结构出现了较大跃变.     

不同尺寸锐钛矿结构TiO2纳米晶的高压相变研究

本文利用溶胶-凝胶法合成出5.6 nm、8.6 nm和19.4 nm三种尺寸的锐钛矿结构TiO2纳米晶, 并利用金刚石对顶砧压机结合Raman光谱技术研究了尺寸效应对其在23 GPa高压下结构相变的影响。结果发现, 对于5.6 nm和8.6 nm的样品, 加压到23.2 GPa和22.5 GPa的压力时没有发生结构相变, 而是转变为无定型结构, 卸除压力后, 依然保持为无定型; 而19.4 nm的样品在约11.3 GPa时逐渐转变为单斜斜锆石结构, 在卸压后转变为α-PbO2结构。相对于块材, 尺寸越小, 相变压力越大。基于吉布斯自由能理论, 尺寸减小引起的表面能增大被认为是相变压力变大的主要原因。     

单轴拉伸下氧化锆纳米柱相变机理的分子动力学研究

通过分子动力学模拟,观察到[001]取向的四方氧化锆纳米柱在拉伸载荷下具有两个线弹性变形的应力-应变关系.这一现象是四方结构向单斜结构相变的结果 .为了进一步阐明应力-应变曲线,进行了包括晶体结构分析和原子应变计算在内的详细研究.晶格取向强烈影响塑性变形机制,即[001]和[111]取向的纳米柱在拉伸载荷下经历相变,而沿[110]取向的纳米柱导致脆性断裂.观察到显著的温度效应,随着温度从300K升高到1500K,弹性模量从573.45GPa线性降低到482.65GPa.此外,还用轻推弹性带(NEB)理论估算了相变能垒,观察到相变能垒随温度的升高而降低.这一工作将有助于加深对氧化锆的四方相到单斜相转变和纳米尺度力学行为的理解.     

冲击加载下FeMnNi合金相变和层裂特性实验研究(英文)

采用激光速度干涉仪(VISAR)、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)联合测试技术,利用等厚对称加载和逆向加载实验,研究了Fe MnNi合金的冲击相变和层裂行为。结果发现:加载压力大于6.5 GPa时,Fe MnNi合金样品发生α→ε相变;中心稀疏波的卸载作用使内压力降至4~5 GPa时,Fe MnNi合金样品发生ε→α逆相变,并伴有卸载稀疏冲击波形成。分析Fe MnNi合金样品中塑性波、相变波、稀疏波和稀疏冲击波的传播作用过程,发现加载压力大于其相变应力时,等厚对称加载下Fe MnNi合金存在产生层裂行为的物理机制。     

β-BaB2O4晶体高压相变的X光衍射研究

 我们用金刚石压砧装置（DAC）高压X射线粉末衍射照相方法，研究了β-BaB₂O₄晶体的相变。压力从0.1 MPa逐步加至17.6 GPa，发现BBO由室温下的六方相经历了若干次相变后，当压力加至11.5 GPa时，转变为无定形相。在11.5 GPa压力前的相变是可逆的，一旦进入无定形相，则相变是不可逆的。     

金刚烷的高压拉曼光谱研究

对金刚烷(C_(10)H_(16))进行了常温原位高压拉曼光谱研究,最高压力为25 GPa。通过分析高压拉曼光谱,结合拉曼频移随压力的变化情况,得出在实验压力范围内C_(10)H_(16)发生了多次相变。0.6 GPa时,C_(10)H_(16)由常温常压下的无序相(α相)转变为有序相(β相);继续加压至1.7 GPa时,第2次结构相变开始,直至3.2 GPa,第2次相变完全结束;第3次相变开始于6.3 GPa,结束于7.7 GPa;22.9 GPa时发生了第4次结构相变。另外,首次在拉曼光谱上探测到第3次相变过程中晶格振动峰的变化,说明第3次相变并非前人报道的等结构相变。     

正庚烷相变序列的高压拉曼光谱研究

在室温条件下, 利用金刚石对顶砧超高压实验技术, 对液态的正庚烷进行了原位高压拉曼光谱研究, 采用红宝石荧光压标测压, 实验的最高压力为20.78 GPa。实验中发现, 当压力达到1.2 GPa左右时, 原本透明的样品腔内有小晶粒形成, 此时测量的拉曼谱上发现有许多新的拉曼峰出现。因此, 我们判断正庚烷在此压力下发生了一次相变; 当压力增加到3 GPa左右时, 在92.42 cm-1和2913.6 cm-1处又出现了2个新的拉曼峰, 并且拉曼频移随压力变化的曲线出现拐点, 我们推测在此压力下正庚烷可能又发生第二次相变; 当压力高于14.5 GPa时, 正庚烷发生了第三次压致相变; 而当压力介于7.5~14.5 GPa之间正庚烷处于两相共存的状态。我们给出了液体正庚烷在高压下的相变序列为: 液相-旋转相Ⅲ-旋转相Ⅳ-结晶相。该研究结果为进一步理解和研究其他正烷烃在高压下的结构、物理和化学特性提供了理论基础。     

温度与应变率对钽流动应力的影响

 研究了温度在-100～400 ℃、应变率在10^-5～10³ s^-1范围内温度和应变率的变化对钽的流动应力的影响。结果表明,钽的流动应力对温度和应变率的变化相当敏感。同时还就两种本构模型对钽的温度效应与应变率效应的不同处理方法作了比较,指出Zerilli-Armstrong模型能更好地描述温度与应变率对钽流动应力的影响。     

高压下LiB3O5晶体-非晶体相变的研究

 采用X射线粉末衍射和同步辐射能散X射线衍射技术，对LiB₃O₅（LBO）晶体进行了压致非晶化相变的研究，压力达45.1 GPa。实验结果表明，LBO存在两个中间相变，压力分别为5 GPa和15.8 GPa。而当压力增加到25~31.6 GPa时，LBO出现非晶态，这个非晶化相变是不可逆的。