传压介质对晶格振动和相变压力的影响——α-Bi2O3的高压拉曼光谱研究

 本文分别使用4∶1的甲醇-乙醇混合溶液和固态氩做传压介质测量α-Bi₂O₃的高压拉曼光谱。实验结果表明，传压介质对样品的谱线频移速率及相变压力有明显的影响。通过对拉曼光谱的分析认定，α-Bi₂O₃在高压下可能经历了一次结构相变，在准静水压和非静水压条件下的相变压力分别为23.1 GPa和20.4 GPa。     

非静水压下HMX炸药晶体的高压相变

HMX是一种性能优良的高能炸药,在武器工业中广泛使用。目前,HMX在高压下特别是非静水压下的相变规律仍存在争议。为此,采用不同的传压介质,开展了非静水压下HMX晶体的高压拉曼实验研究。结果表明,HMX晶体分别在4.9、13.9和17.5 GPa发生了结构相变。在13.9 GPa下,HMX开始发生相Ⅱ→相Ⅲ的相变,并在一定的压力范围内两相共存;当压力为17.5 GPa时,出现另一个新相(相Ⅳ),在17.5～23.6 GPa的压力范围内出现相Ⅱ、相Ⅲ和相Ⅳ三相共存现象。HMX晶体在非静水压下的相变路径与准静水压下的相变路径完全不同,非静水压环境下的压力梯度是造成该差异的原因。     

γ－Fe_2SiO_4在静水压下的压缩行为的测定

采用同步辐射高压原位Ｘ光衍射技术及金刚石对顶压砧高压装置，对γ－Ｆｅ＿２ＳｉＯ＿４进行了静水压条件下等温压缩行为的测定，最高压力达２３ＧＰａ。γ－Ｆｅ＿２ｓｉＯ＿４在０～２３ＧＰａ压力范围内的ｐ、Ｖ数据表明，其等温压缩可分为两个阶段：若设Ｋ＇＿０＝４，在０～１８Ｇｐａ，Ｋ＿０＝１８９±２ＧＰａ；而在１８～２３０Ｐａ，Ｋ＿０＝２１３±２ＧＰａ。我们认为，样品在１８ＧＰａ以下处于较好的静水压状态，压力超过１８ＧＰａ，传压介质的静水压性质变坏，所以Ｋ＿０值偏高。在整个实验过程中并未发现样品有任何发生相变的迹象。最后，对一些虽然使用了液体介质但得不到静水压条件的实验现象进行了讨论。     

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。     

CeO_2纳米八面体高压结构相变的Raman研究(英文)

利用高压原位拉曼光谱技术研究了非静水条件对CeO2纳米八面体高压结构相变的重压影响。研究表明:在非静水条件下(无传压介质),当压力达到26 GPa时,CeO2纳米八面体发生由立方萤石型结构到正交α-PbCl2型结构的可逆结构相变,相变压力低于相应的体材料(30 GPa)。相反,在准静水压条件下,CeO2纳米八面体的相变压力为33 GPa,高于其体材料。研究表明,实验条件对CeO2纳米八面体结构稳定性具有重要影响。     

C70纳米/亚微米棒的高压相变研究

通过溶剂挥发法获得了准一维C70纳米/亚微米棒状晶体,直径为～500nm, 长度为～10μm,呈六方密堆(hcp)结构. 利用金刚石对顶砧(DAC)高压装置,采用同步辐射能量色散X光能量色散衍射方法(EDXD)和高压拉曼光谱,研究了压力对C70纳米/亚微米棒结构的影响, 实验中最高压力为26.1GPa. 结果表明, 在准静水压条件下,在23.3—26.1GPa压力范围内, hcp结构的C70纳米/亚微米棒发生了由hcp结构向非晶化的相变,相变压力比体材料高约5GPa, 该相变是不可逆相变, 而且该相变是由于C70在高压下笼状结构被破坏所导致的.     

高聚物P（EO）n—CuBr2薄膜在流体静高压下离子电导率和介电常数的提高（Ⅱ）：—添加增塑剂方法的应用

选用分子量在500万的聚氧化乙烯和无水溴化铜，通过混溶蒸发法制备出一系列高聚物P（EO）n-CuBr2（n＝4，8，12，16，24）薄膜，并在0．1－2443MPa范围不同的静水压下详细测量了它们的相对介电常数。分别探讨了增塑剂（CHH6O3）含量对室温常压下离子电导率和介电常数的影响，及其对高压下离子电导率和介电常数的影响。实验结果表明：P（EO）n-CuBr2薄膜在添加介电常数较高和本体粘度较低的增塑剂C4H6O3后，当其相对浓度npc/ntotal=20%时，不仅使该膜的室坟离子电导率明显提高6．8倍，而且使其在高压力下的离子电导率提高1（0．1－100MPa)，至2（350－800MPa)个数量极，非常有利于在高压环境中应用。     

高压下铁的电导率及X射线衍射研究

 用四点电极法及磁控溅射结合光刻集成电极的方法，测量了铁在25 GPa压力下的电阻随压力的变化；用微区X射线衍射仪原位测量了铁在25 GPa压力下晶胞参数随压力的变化关系。实验结果表明，铁在13.7 GPa时发生相变，由体心立方相转变为六方密堆相，在18.1 GPa时相变结束。利用高压下铁的电阻数据，结合X射线衍射结果，推导出铁的电导率随压力的变化关系。     

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。     

126.5 GPa准静水压下的光谱学实验

 本文介绍了作者利用国内加工的金刚石压砧装置及组建的微区光谱系统进行100 GPa（百万大气压）准静水压光谱学实验的概况，证明压力产生装置和微区光谱系统的多功能性是充分可靠的。实验中遇到的压力产生能力超过压力测量能力的事实，反映了高压光谱学实验在压力范围扩大时所遇到的挑战。文中对高压下的拉曼、发射、吸收及反射光谱的实验原理和实验方法也作了概略的介绍。     

一种新的氮化碳相的冲击波合成

 为了合成理论预测存在的高密度氮化碳相，以富氮的C-N-O非晶材料和晶态的双氰胺为前体，在低于50 GPa的冲击压力范围内进行了一系列冲击回收实验。回收产物的XRD衍射表明，形成了由β-C₃N₄和一种新的氮化碳相组成的复合相。该新相的衍射峰可以完全指标化为一个单斜晶胞，晶胞常数为a=0.981 nm，b=0.723 nm，c=0.561 nm，β=95.2°，晶胞体积V_cell=0.396 6 nm³。根据实验结果可以认为，氮化碳复合相的形成是前体有机分子在瞬态的冲击波化学反应后，经历了极高速的冲击淬火过程（约10⁹ K/s），作为一种高压亚稳相而被保存下来。冲击压缩富氮的有机物前体，是合成氮化碳相的一种新方法。     

50 GPa下NiO等温状态方程的高压X光研究

 本文采用在位的（in situ）高压X光衍射方法研究了近50 GPa和室温下三方结构NiO的等温压缩行为，并用Murnaghan状态方程对实验值进行了最小二乘法拟合，得到的NiO室温状态方程的相应参量分别为：B₀=223 GPa，B₀'=4.21。在室温压力范围内没有观察到第一类结构相变。NiO在六方指标下的轴比c/a随压力的变化在实验压力范围内可用c/a=2.450~1.569×10^-3（GPa）近似描述。     

水绿矾的状态方程和高压熔化

 用阻抗匹配法和压电探针技术测量了初始密度为1.714 g/cm³（孔隙率α=ρ₀/ρ₀₀=1.898/1.714=1.107）的水绿矾（FeSO₄·7H₂O）的冲击压缩线,发现其在0～100 GPa范围内存在两个明显相区：含有部分熔融的低压相和完全熔化的高压相。在两个相区内,冲击波速度D和波后粒子速度u可分别描述为：D=0.59+2.06u（u<3.12 km/s）和D=3.18+1.223u（u≥3.12 km/s）。从冲击压缩数据出发,用欧拉有限应变理论得到了其等熵状态方程。其熔化方程可用p_m(GPa) =0.159(T_m(K)/1000)^6.3371+0.69来近似描述。     

室温下压致铁钴镍合金的bcc→hcp相变

 本文采用高压X光衍射方法在金刚石对顶压砧中在位地（in situ）研究了Fe₆₈Co₂₄Ni₈（wt%）合金在室温下的压致bcc→hcp结构相变和直到40.5 GPa的等温压缩行为。实验结果表明该合金在常压下为bcc结构，晶格常数a₀=(0.287 0±0.000 1) nm，体积V₀=(7.119±0.007) cm³/mol，密度ρ₀=(7.981±0.008) g/cm³；在20.9 GPa附近出现bcc→hcp结构相变，两相共存压力区约10 GPa，在此区域内有晶面间距d(002)_hcp=d(110)_bcc，且原子平面(002)_hcp//(110)_bcc，hcp相比bcc相体积减小(0.33±0.02) cm³/mol；高压相hcp结构的晶格参数比值c/a=1.608±0.004；相变后原子配位数的增加使得hcp相(002)平面内及(002)平面间的最近邻原子间距比bcc相最近邻原子间距分别增大约1.6%和0.5%；用Murnaghan状态方程对实验数据进行最小二乘法拟合，得到bcc相B₀=(130±13) GPa，B₀'=12.6±0.5；hcp相V₀=(6.62±0.04) cm³/mol，B₀=(243±21) GPa，B₀'=6.8±0.3；对于该合金的bcc→fcp相变时的结构转变机制做了详细的讨论。     

凝聚炸药中超压爆轰的实验研究

 采用飞片碰撞技术，在TNT/RDX（40/60）炸药中获得了2.5倍于正常爆轰的最大超压值，得到了超压爆轰下爆轰产物物态方程p=Aρ^{k+A₁(p-p_J)}（p－爆压，单位GPa，ρ－密度，单位kg/m³，A=ρ_J/ρ^k_J，p_J=27.06 GPa，ρ_J=2.3×10³ kg/m³，k=2.77，A₁=2.7×10^-3 GPa^-1，下表J代表正常爆轰状态）。该方程还可以较好地描述超压爆轰产物的二次冲击状态。     

顽火辉石(Mg0.92,Fe0.08)SiO3的冲击相变和高压状态方程及其地球物理意义

 用阻抗匹配法和电探针技术在48~140 GPa冲击压力范围内对化学组分为(Mg_0.92, Fe_0.08)SiO₃、初始密度为3.06 g/cm³的天然顽火辉石进行了冲击压缩实验。根据本工作13发实验数据，结合McQueen等人的数据可以看出，(Mg_0.92, Fe_0.08)SiO₃顽火辉石在冲击压缩过程中，大约经历三个明显区域：低压相区，压力范围为0~40 GPa；混合相区，压力范围为40～67 GPa；高压相区，压力范围为68～140 GPa。在低压相区，D-u关系已由McQueen给出；而在高压相区（68～140 GPa），可由本实验数据得到。由叠加原理计算得到的混合物(Mg_0.92, Fe_0.08)O(Mw)+SiO₂(St)的D-u关系及p-ρ关系曲线明显偏离了实验数据的拟合曲线，从而排除了在高达140 GPa冲击压力下，钙钛矿结构的(Mg_0.92, Fe_0.08)SiO₃发生向氧化物化学分解相变的可能性。对高压相区的实验数据进行拟合，可以得到(Mg_0.92, Fe_0.08)SiO₃钙钛矿的Grüneisen参数γ。通过三阶Birch-Murnaghan有限应变状态方程，由冲击波实验数据得到了零压等熵体积模量K_0S=259.6(9) GPa及其对压力的一阶偏导数K′_0S=4.20(5)，其ρ₀=4.19 g/cm³。(Mg_0.92, Fe_0.08)SiO₃钙钛矿冲击压缩下的密度数据与PREM密度剖面吻合很好，支持钙钛矿为主要成分的下地幔模型。     

压力对GdoBr:Eu晶场参数的影响

 在室温下测量了GdoBr:Eu的常压和高压荧光谱，光谱范围在13 000~21 500 cm^-1之间，压力至12 GPa。由光谱数据得到了Eu³⁺晶场能级随压力的变化曲线。⁷F_0～5能级随压力的变化规律比较复杂，而⁵D_0~2各能均随压力的升高几乎线性地降低。在基态谱项⁷F的49个状态上进行了晶场拟合计算，所得常压下的5个非零晶场参数分别为：B₀²＝-1 124.0 cm^-1，B₀⁴＝-969.6 cm^-1，B₄⁴＝827.9 cm^-1，B₀⁶＝889.6 cm^-1，B₄⁶＝377.0 cm^-1。高压下的计算结果表明，B₀⁴、B₀⁶这两个晶场参数随压力的增加而增大，B₄⁶随压力的增加而减小，而B₀²、B₄⁴随压力的变化有些起伏。晶场强度在8 GPa以下随压力增加而减小，其后开始变强。     

液态N2、CO冲击压缩特性研究

 介绍利用液氮致冷技术实现低温靶的冷却及样品气体的液化,并通过二级轻气炮对液态气体加载进行平面冲击压缩,实验分别测得10～57 GPa一次冲击压缩下液氮和液态CO的Hugoniot关系数据。这些实验数据结果显示,33 GPa以上比其以下更容易压缩,这种现象本质是氮发生离解相变消耗内能的一种表现形势。液态在20 GPa以下表现为一种稳定的压缩过程,而在其以上则伴随有较为复杂的化学反应现象产生。此外,实验研究还发现,20 GPa以下N₂和CO两种分子液体的冲击压缩特性非常相似。     

Pressure-induced phase transition of wulfenite

The in-situ high-pressure structures of wulfenite have been investigated by means of angular dispersive X-ray diffraction with diamond anvil cell and synchrotron radiation. In the pressure up to 22.9 GPa, a pressure-induced scheelite-to-fergusonite transition is observed at about 10.6 GPa. The pressure dependence for the lattice parameters of wulfenite is reported, and the axial compression coefficients Ka₀=－1.36×10^－3 GPa^－1 and Kc₀= －2.78×10^－3 GPa^－1 are given. The room-temperature isothermal bulk modulus is also obtained by fitting the P-V data using the Murnaghan equation of state.

     

高岭石的高温高压相图及其地学意义

 用阻抗匹配法和PZT压电探针技术,在100 GPa的冲击压力范围内测量了初始密度分别为1.375 g/cm³和2.001 g/cm³两种孔隙度叙永石样品的Hugoniot状态方程。根据其p_H-ρ_H线所给出的高温高压相变点,用Grüneisen状态方程计算其相变点压力所对应的温度,并结合常压下受热相变的温度值,建立了“高岭石/Al₂O₃+SiO₂+H₂O”的温度-压力相平衡图。通过该相图与线性地热线的交点推断：高岭石至少可在上地幔50 km深处作为一种含水（OH^-）矿物而稳定存在;或在俯冲板块中至少于133 km深处作为一种含水（OH^-）泥质沉积物的过渡相而存在。