Fe3O4/β-CD的高压电学性质研究

 高压下的电学性质测量是获得材料物理性质的有效手段。利用集成在金刚石对顶砧上的薄膜微电路,测量了高压下Fe₃O₄/β-CD（β-糊精）的电导率,并分析了电导率随压力的变化关系。在0～39.9 GPa范围内,Fe₃O₄/β-CD的电导率随压力的增加而逐渐增大,并呈半导体的特征;而在17.0 GPa处其电导率发生突变,表明样品发生了高压相变。在卸压过程中,电导率随压力的变化呈线性关系,并且卸压后样品的电导率不能回到最初的状态,推测这是一个不可逆的高压结构相变。     

基于集成技术的金刚石对顶砧原位电学量测量

 金刚石对顶砧是应用最多的高压装置,能够产生超过400 GPa的超高压力,借助激光加温,还可以加载6 000 K的高温。近20年来,基于金刚石对顶砧的微小测量电路集成技术的突破,带动了高压原位电学量测量技术的发展,使常压下能够测量的电学量大部分都能在金刚石对顶砧中的高压环境下实现。全面回顾了基于集成技术的金刚石对顶砧高压原位电学量测量技术的发展历程,介绍了最新的技术进展。     

原位高压微米氧化锌电学性质的研究

利用集成有金属薄膜电极的金刚石对顶砧,对微米氧化锌样品进行了原位高压电导率测量.结果表明,在919 GPa时样品电导率达到最小值,在919—1122 GPa时样品电导率急剧增大,说明此时样品从纤锌矿结构向岩盐矿结构转变直至完全相变,1122　GPa为相变点.通过测量不同条件下高温退火处理的样品电导率,明显看到氧空位对电导率的影响. 关键词： 高压 微米氧化锌 电导率 金刚石对顶砧     

硫化铁的两个电导率相关的相变

 由于X射线对高级相变和电子相变不够敏感,致使很多物质的相变和新的性质被忽略。对物质电阻的变化进行分析可以很好地弥补这一缺陷。通过金刚石对顶砧上原位电阻测量方法,在0~88.7 GPa的压强范围内,在300~443 K的温度条件下,基于范德堡法电阻测量原理,对硫化铁的电导率进行了测量。通过对电导率的分析发现,在零压、温度为408 K的条件下,硫化铁转变成了NiAs结构相。在34.7 GPa和61.3 GPa压强处发现了两个新的突变点,为了印证这两处相变的可靠性,分别测量了在不同压强下样品电导率随温度的变化情况。     

三重兼并费米子拓扑半金属MoP高压超导相的低压截获

碳化钨结构的三重兼并费米子拓扑半金属MoP高压下发生超导转变，然而，高压超导相能否在低压甚至常压截获尚不清楚.本文对两个密封于金刚石对顶砧中的MoP高压超导相在室温条件下进行快速卸压，通过测量低温电阻对温度的依赖关系，验证能否在低压甚至常压截获高压超导相.实验结果表明：初始压力61.5 GPa的样品#1,超导电性可截获的最低压力为44.2 GPa;初始压力95.0 GPa的样品#2,超导电性可截获的最低压力为3.5 GPa.     

高温高压条件下液态氧的声速及弹性系数研究

 采用布里渊散射技术和金刚石对顶砧高压装置,对液态氧进行了高温高压实验研究。入射光采用波长为532 nm的单纵模二极管泵浦固体激光源,布里渊光谱由3+3通道法布里-珀罗干涉仪收集。采用电阻丝外加热方法产生高温,用四柱型金刚石对顶砧压机产生高压。分别在背向散射和60°对称散射配置下,研究了温度在298、367和423 K下液态氧的声速及弹性系数随压力的变化关系,实验的最高温度和压力为423 K、8.9 GPa。结果表明,通过实验测量所得到的声速值与理论计算值较接近,并发现在2.3~4.9 GPa的压力范围内,温度由298 K升高到367 K时,弹性系数并没有明显的减小,认为在这个压力范围内,当温度升高时,液氧的体积不膨胀,即基本保持不变。     

In2（MoO4)3晶体的高压拉曼振动研究

钼酸铟(In2(MoO4)3)由于其独特的负热膨胀性质,已被广泛应用于燃料电池、光学器件、激光材料等方面. 为了进一步探讨其晶体结构和物理性质,本工作在金刚石对顶砧上原位测量了In2(MoO4)3 的高压拉曼光谱,最高压力达到18 GPa. 在研究的压力范围内,本工作观察到了两次相变. 首先,In2(MoO4)3在压力为1.2 GPa 时, 发生了 由从P21/a相到低对称结构的相转变. 在压力为5.8 GPa 时, 样品又发生了从晶相到非晶相的第二次相转变. 卸压后样品仍为非晶相,说明In2(MoO4)3 在高压下的非晶相变为不可逆相变.      

高压对钴酸锂的晶体结构和离子导电率的影响

采用金刚石对顶砧(DAC)高压产生装置,结合同步辐射X射线衍射(XRD),对钴酸锂(LiCoO2)粉末样品进行室温下原位高压X射线衍射实验,最高压强达到20.3GPa。研究结果表明:在20.3GPa下,LiCoO2的晶体结构非常稳定,并没有发生结构相变;在20.3GPa范围内测量了晶体沿不同晶轴a、c方向的压缩比,发现LiCoO2沿c轴方向的压缩率是沿a轴方向的4.5倍;使用二阶Birch-Murnagha方程拟合出钴酸锂样品的等温状态方程。另外还采用高压原位交流阻抗谱技术(EIS),测量了不同压强下钴酸锂中锂离子导电率,最高压强达到16.8GPa时,发现在实验的压强范围内,随着压强的增加,离子导电率减小。最后将高压下锂离子的电导率与钴酸锂的晶体结构进行联系,进一步阐述了高压下钴酸锂的微观结构和电学性能之间的关系。     

利用电导率测量方法研究不同粒径ZnS高压相变过程

利用在金刚石对顶砧上集成的金属电极,对不同粒径的ZnS材料进行了高压原位电导率测量. 粒径为2 μm的体材料ZnS在15 GPa时,电导率迅速增大5个数量级,表明体材料ZnS此时发生了从闪锌矿到岩盐矿的结构相变. 而粒径6 nm的纳米材料ZnS的结构相变压力为21 GPa. 电导率测量结果还表明纳米 ZnS比体材料ZnS还具有更宽的迟滞区间.     

PbMoO4原位高压拉曼光谱和电导率的研究

 钼酸铅（PbMoO₄）具有高的声光品质因数、低的声损耗、良好的声阻抗匹配等性质，被广泛应用于声光偏转器、调制器、可调滤光器、声表面波器件等各类声光器件，其优异的低温闪烁性能亦引起人们的注意，具有在核设备方面的应用潜力。为探讨其晶体结构和物理性质，在金刚石对顶砧上原位测量了PbMoO₄的拉曼光谱，并测量了其在几个不同压力点下电导率随温度的变化。实验发现，压力在12.5 GPa时，拉曼峰完全消失，说明压力在10.8～12.5 GPa之间PbMoO₄样品出现了非晶态转变。当从26.5 GPa卸压到9.4 GPa时，PbMoO₄的拉曼谱在低波数出现无序化，而在2.4 GPa压力下858 cm^-1峰又重新出现，说明样品结构由无序向晶化回复。压力在10.8 GPa以上时，电导率随着温度的增加而显著增加，且随着压力的增加也明显增加。     

CsBr高压X光研究

 采用同步辐射X光源和能散法，对CsBr粉末样品进行高压原位X光衍射实验。由金刚石对顶压砧高压装置（DAC）产生高压，用已知状态方程的Pt粉末作内标，由Pt的衍射数据确定样品压力，最高压力达64.4 GPa。实验结果表明：室温常压下原始CsBr样品是具有简单立方结构的晶体，其晶格常数α＝0.428 5 nm。高压下CsBr的结构有所变化，在51.3~58.4 GPa的压力范围内，(110)线和(211)线发生劈裂，从而形成了四方相。     

压力诱导CsCu2I3不可逆非晶化和金属化

近年来，压力作用下卤化物钙钛矿的结构和性质引起了科学家们的极大兴趣。然而，对于高压下钙钛矿非晶相的潜在性质和应用仍缺乏深入系统的研究。利用金刚石对顶砧，结合原位高压同步辐射X射线衍射、原位高压拉曼光谱、高压变温电学测量技术，对准一维卤化物钙钛矿CsCu₂I₃在高压下的非晶化行为进行了系统的研究。结果表明：CsCu₂I₃在35.9 GPa以上开始出现可逆的压致非晶化，形成低密度的非晶态Ⅰ相；在更高压力下，发生由低密度到高密度的非晶转变，形成非晶态Ⅱ相，并可以截获至常压条件。进一步的电学实验表明，136.0 GPa时，CsCu₂I₃发生了由绝缘体向金属相的转变，对高压下金属相的非晶态进行卸压电阻测试，发现其金属特性至少可稳定至90.0 GPa。这些结果为进一步探索非晶钙钛矿的潜在性质和应用提供了重要的科学依据。     

石墨相C_3N_4压致结构相变研究

将有机物三聚氰胺(C3N6H6)高温热解,得到了石墨相C3N4(g-C3N4)。利用同步辐射X射线衍射和金刚石对顶砧(DAC)高压技术,在室温下对g-C3N4进行了结构变化研究。实验结果表明,在16.57 GPa压力范围内,g-C3N4发生了压致结构相变,在6.6 GPa压力下,晶体结构由原来的石墨相转变为三斜相。使用Birch-Murnagha等温状态方程拟合出了样品的等温状态方程。     

高温高压下钠长石的阻抗谱实验研究

 在压力为1.0、2.0 GPa和温度为673～973 K条件下,采用交流阻抗谱法在YJ-3000t紧装式六面顶高压设备上原位测量了钠长石的电导率。实验结果表明：在实验的温度和压力范围内,钠长石的电导率在10^-3.0～10^-5.5 S/m变化;钠长石复阻抗的模和相角对频率有很强的依赖性;随着温度T升高,钠长石的电阻率迅速减小,电导率σ增大,并且lg σ与T^-1之间符合Arrhenius关系;在实验压力范围内,随着压力升高,钠长石的电导率降低。采用离子导电机制,对高温高压下钠长石的导电行为进行了合理解释。     

超高压下CsBr的结构与相变

 采用金刚石对顶压砧高压装置（DAC）、同步辐射X光源和能散法，对CsBr粉末样品进行了原位高压X光衍射实验，最高压力达115 GPa。观测到在53 GPa左右压力下，CsBr的最强衍射峰(110)劈裂成两个峰，标志了简单立方结构向四方结构的转变；在0至最高压力范围内（相应于V/V₀为1至0.463）测量了晶轴比c/a；在115 GPa内未观测到样品的金属化现象。     

高压下锗化镁的金属化相变研究

锗化镁是一种窄带半导体,压力作用可以使锗化镁导带底与价带顶的能隙变小.本文基于第一性原理计算了锗化镁在高压下的能带结构以及反萤石相(常压稳定相)和反氯铅矿相(高压相)的焓值,发现在7.5 GPa时反萤石结构锗化镁导带底与价带顶的能隙闭合,预示着半导体相转变为金属相,计算结果还预测在11.0 GPa时锗化镁发生从反萤石结构到反氯铅矿结构的相变.实验研究方面,本文采用长条形压砧在连续加压条件下测量了锗化镁高压下的电阻变化,采用金刚石对顶压砧测量了锗化镁的高压原位拉曼光谱,发现在8.7 GPa锗化镁的电阻出现不连续变化,9.8 GPa以上锗化镁的拉曼振动峰消失.由于金属相的自由电子浓度高会阻碍激发光进入样品,进而引起拉曼振动峰消失,因此我们推测锗化镁在9.8 GPa转变为金属相.     

金刚石对顶砧原位电导率测量系统

 在金刚石对顶砧中进行原位高温高压电阻测量时,由于受到绝热层的限制,从而达不到理想的温度条件。采用普通的粉末绝热材料,会给电极的引入造成很大困难,而且不规则的电阻丝使电阻测量很难精确量化。利用溅射镀膜方法,在对顶砧的砧面上镀氧化铝膜作绝热层,溅射的金属钼膜作电极材料,成功地完成了高温高压条件下原位电阻的测量。利用此装置,测量了铁镁硅酸盐(Mg_0.875,Fe_0.125)₂SiO₄在高温高压环境下（31~35 GPa,1 500~3 400 K）的电导率,得到了样品的导电粒子激活能,发现其激活能随着压强的升高而增大,与低压低温（小于15 GPa,低于1 200 K）条件相比,其激活体积和激活能都明显减小。     

快速增压法研究温度对铝和氯化钠Grüneisen参数的影响

根据Grüneisen状态方程导出的偏导关系式γ=(K_S/T)(T/p)S(其中KS是绝热体积弹性模量),采用快速增压方法结合中值定理分别在297~494K和312~608K温度范围内研究了铝和氯化钠的Grüneisen参数γ随温度的变化关系。在平面对顶压砧模具上设计了内加热的样品组装方式,测量了不同温度下快速增压过程中样品的温升曲线和压力变化曲线,并对温升曲线进行了温度修正,使所得结果更接近绝热压缩过程。实验结果表明:铝和氯化钠在实验温度范围内、压力分别为2.17GPa和1.46GPa下,其ΔT/Δp值随着温度的升高而增大;γ值随着温度的升高表现为波动的变化趋势,与温度没有明显的变化关系。     

复合型多晶金刚石末级压砧的制备并标定六面顶压机6-8型压腔压力至35GPa

通过分析二级6-8型大腔体静高压装置八面体压腔的受力状况, 研制了一种使用成本低、尺寸大且易于加工的多晶金刚石-硬质合金复合二级(末级)顶锤(压砧). 采用原位电阻测量观测Zr在高压下相变(α-ω, 7.96 GPa; ω-β, 34.5 GPa)的方法, 标定了由多晶金刚石-硬质合金复合末级压砧构建的5.5/1.5(传压介质边长/二级顶锤锤面边长, 单位: mm)组装的腔体压力. 实验表明, 自行研制的多晶金刚石-硬质合金复合末级压砧可使基于国产六面顶压机构架的二级加压系统的压力产生上限从约20 GPa提高到35 GPa以上, 拓展了国内大腔体静高压技术的压力产生范围. 应用这一技术, 我们期望经过末级压砧材料与压腔设计的进一步优化, 在基于国产六面顶压机的二级6-8 型大腔体静高压装置压腔中产生超过50 GPa的高压. 关键词： 二级6-8型大腔体静高压装置 多晶金刚石-硬质合金复合末级压砧 压力标定     

一种新的恶二唑衍生物在金刚石对顶砧中的电阻率随压力和温度的变化关系

利用金刚石对顶砧测量了恶二唑衍生物微晶, 1,4-bis[(4-methyloxyphenyl)-1,3,4-oxadiazolyl]- 2,5-bisheptyloxyphenylene (OXD-2), 电阻随压力和温度的变化关系，并利用有限元分析方法计算了样品的电阻率。实验中，测量压力和温度达到了16 GPa和150℃。样品的电阻率随着温度的升高而降低，说明样品表现出半导体传导特性。在90-100 ℃之间，样品的电阻率有一明显的下降，说明这时发生了温度诱导的相变。随着压力的增加，样品的电阻率在6GPa左右达到最大值，此后随着压力的增加而下降。结合原位x光数据，在6GPa左右的电阻突变应该是由于样品在压力的诱导下发生了无序化的相变。