预加热金属Hugoniot参数和界面温度的联合测试技术

 发展了一种可用于轻气炮压缩实验的电阻丝预加热装置和高温靶实验测试技术,通过微热电偶丝实时测量了预加热金属的初始温度,并利用非接触式光纤探针技术实现了Hugoniot参数和界面温度的同时测量。常温下实测的金属Ta的冲击波速度D和粒子速度u与文献报道的冲击实验数据相符,而初温773 K金属Ta的(D, u)数据则低于采用Mie-Grüneisen状态方程计算的结果;实测的界面温度与Lindeman熔化线和第一性原理的计算结果均符合较好。实验结果表明,所设计的高温靶装置及相关实验诊断技术是可行并有效的,为今后开展材料动态性能的温度效应研究提供了一种有效的技术途径。     

100—500GPa4.2Ni2.45Fe0.35Co2合金的冲击压缩性和物态方程

用二级轻气炮驱动飞片技术及对称碰撞技术，测量了两相合金４．２Ｎｉ２．４５Ｆｅ０．３５－ＣｏＷ的雨贡纽线。其压力范围为１００－５００ＧＰａ。实测的冲击波速度Ｄ和粒子速度ｕ可用直线关系式Ｄ＝４．００８＋１．２７７ｕ（ｋｍ／ｓ）描述。实验结果与用混合物雨贡纽线叠加原理的计算结果符合甚好。     

铅的高压状态方程与熔化曲线

基于Gray三相状态方程模型,采用GRIZZLY的Grüneisen系数模型,对铅的冲击雨贡纽线、等温压缩线、等熵压缩线和熔化曲线进行了系统计算,优化参数,获得与实验数据一致的冲击雨贡纽线、等温压缩线与等熵压缩线,计算所得熔化温度线与X射线衍射实验结果吻合得很好。     

Li_2分子X~1∑_g~ ,A~1∑_u~ 和B~1∏_u态的势能函数

使用SAC/SAC-CI方法,利用D95、D95(d)、6-311g以及6-311g(d)等基组,对Li2分子的基态(X1∑g )、第一激发态(A1∑u )及第二激发态(B1∏u)的平衡结构和谐振频率进行了优化计算。通过对四个基组的计算结果的比较,得出了D95(d)基组为四个基组中的最优基组的结论;使用D95(d)基组,利用SAC的GSUM(Group Sum of Operators)方法对基态(X1∑g )、SAC-CI的GSUM方法对激发态(A1∑u 和B1∏u)进行单点能扫描计算,用正规方程组拟合Murrell-Sorbie函数,得到了相应电子态的完整势能函数;从得到的势能函数计算了与基态(X1∑g )、第一激发态(A1∑u )和第二激发态(B1∏u)相对应的光谱常数(Be,αe,ωe和ωexe),结果与实验数据较为一致。其中,基态、第一激发态与实验数据吻合得非常好。     

Li2分子X1∑+g,A1∑+u和B1Ⅱu态的势能函数

使用SAC/SAC-CI方法,利用D95、D95(d)、6-311g以及6-311g(d)等基组,对Li2分子的基态(X1∑+g)、第一激发态(A1∑+u)及第二激发态(B 1Ⅱu)的平衡结构和谐振频率进行了优化计算.通过对四个基组的计算结果的比较,得出了D95(d)基组为四个基组中的最优基组的结论;使用D95(d)基组,利用SAC的GSUM(Group Sum of Operators)方法对基态(X1∑+g)、SAC-CI的GSUM方法对激发态(A1∑+u和B1Ⅱu)进行单点能扫描计算,用正规方程组拟合Murrell-Sorbie函数,得到了相应电子态的完整势能函数;从得到的势能函数计算了与基态(X1∑+g)、第一激发态(A1∑+u)和第二激发态(B1Ⅱu)相对应的光谱常数(Be,αe,ωe和ωexe),结果与实验数据较为一致.其中,基态、第一激发态与实验数据吻合得非常好.     

Li2分子X^1∑g^＋，A^1∑u^＋和B^1Пu态的势能函数

使用SAC／SAC-CI方法，利用D95、D95(d)、6-311g以及6-311g(d)等基组，对Li2分子的基态(X^1∑g^ )、第一激发态(A^1∑u^ )及第二激发态(B^1Пu)的平衡结构和谐振频率进行了优化计算。通过对四个基组的计算结果的比较，得出了D95(d)基组为四个基组中的最优基组的结论；使用D95(d)基组，利用SAC的GSUM(Group Sum of Operators)方法对基态(X^1∑g^ )、SAC-CI的GSUM方法对激发态(A^1∑u^ 和B^1Пu)进行单点能扫描计算，用正规方程组拟合Murrell-Sorbie函数，得到了相应电子态的完整势能函数；从得到的势能函数计算了与基态(X^1∑g^ )、第一激发态(A^1∑u^ )和第二激发态(B^1Пu)相对应的光谱常数(Be,ae，ωe和ωeχe)，结果与实验数据较为一致。其中，基态、第一激发态与实验数据吻合得非常好。     

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。     

冲击压缩下聚四氟乙烯电阻率及冲击绝热线的实验研究

 实验测量了国产聚四氟乙烯（SFB-1）在15~40 GPa冲击压力范围内的电阻率及冲击压缩线。主要的实验结果是：电阻率是冲击压力的单调递减函数，其数值在2.45×10⁵~1.73×10³ Ω&#8226;cm之间变化；冲击压缩线可用D=1.571+1.961u-0.0537u²表示（D，u分别为冲击波速度及粒子速度，单位均为km/s）。与其他作者发表的数据相比，发现不同制造厂家生产的聚四氟乙烯材料的电阻常数数值有一定的差别，但其以D-u关系表示的冲击压缩线没有出现可以察觉的变化。     

反向碰撞法测量Bi的低压Hugoniot数据

在火炮和二级轻气炮上利用反向碰撞技术,通过测量飞片击靶速度以及飞片/窗口的界面粒子速度,获得了金属铋(Bi)在10-45 GPa压力范围内的Hugoniot数据. 该方法克服了电探针法在测量低压Hugoniot数据时由于导通一致性差而不能准确得到冲击波速度的难题,同时又避免了精确测量样品中冲击波走时的问题. 实验获得的冲击波速度(D)-波后粒子速度(u)Hugoniot数据表明,Bi在粒子速度u=0.9 km/s附近D-u曲线发生了明显拐折,产生这一拐折的原因推测与冲击导致的Bi的固-液相变有关. 关键词： Hugoniot数据 反向碰撞 冲击相变 铋     

陶瓷物态方程实验研究

 采用爆轰加载和阻抗匹配法，得到了05-Al₂O₃陶瓷的冲击波速度D和粒子速度u的线性关系为：D=(2.60±0.20)+(1.65±0.09)u（km/s）。根据所得实验结果，利用Born-Meyer势获得了Grüneisen物态方程。     

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。     

Shock compression of deuterium near 100 GPa pressures

The shock-compression curve (Hugoniot) of D2 near 100 GPa pressures (1 Mbar) has been contro-versial because the two published measurements have limiting compressions of fourfold and sixfold. Our purpose is to examine published experimental results to decide which, if either, is probably correct. The published Hugoniot data of low-Z diatomic molecules have a universal behavior. The deuterium data of Knudson et al. (fourfold limiting compression) have this universal behavior, which suggests that Knudson et al. are correct and shows that deuterium behaves as other low-Z elements at high tem-peratures. In D2, H2, N2, CO, and O2, dissociation completes and average kinetic energy dominates average potential energy above approximately 60 GPa. Below approximately 30 GPa, D2, H2, N2, CO, and O2 are diatomic. D2 dissociation is accompanied by a temperature-driven nonmetal-metal transition at approximately 50 GPa.     

泡沫硅橡胶冲击压缩性实验研究

 采用锰铜计技术，通过测量冲击波压力获得材料雨贡纽数据的技术路线，给出了初始密度为0.92 g/cm³的泡沫硅橡胶在6~33 GPa范围内的雨贡纽关系，精度优于国内外相关工作。对本实验锰铜计的典型信号作了较为详细的分析，通过数值模拟很好地重现了该非常规信号。此外，采用先前Wu等建立的疏松材料雨贡纽模型进行了预估计算，预估结果与实验结果符合很好，表明该模型不但适用于金属、岩石矿物等，亦可广泛应用于高聚物疏松材料的冲击压缩性研究。     

200 GPa压力范围内铝和铜的等熵压缩线计算

 将冲击Hugoniot线作为Grüneisen物态方程的参考线，以冲击的初始状态为参考状态，推导得到线性和二次曲线表示的冲击绝热线所对应的等熵压缩线方程，计算了200 GPa压力范围内铝和铜两种材料的等熵压缩线，并且计算了以Hugoniot关系为基础的Appy经验物态方程导出的等熵压缩线。计算结果表明，以Appy经验物态方程导出的等熵压缩线与以线性冲击绝热线导出的等熵压缩线接近，在200 GPa压力范围内两者相差不到1.5%。将计算得到的铝的等熵压缩线与美国Sandia实验室ICE实验Z864数据进行了比较，由线性Hugoniot得到的等熵压缩线与实验数据相差不到1%，由Appy经验物态方程得到的等熵线与实验数据几乎重合，说明在200 GPa压力范围内，以Appy物态方程和以线性Hugoniot为参考来计算的等熵压缩线有较高的精度。     

在200 GPa冲击压强下铁是否会发生固-固相变？

 根据Grüneisen物态方程、Hugoniot内能守恒方程和最新发表的铁的热物理参数，计算了ε-(hcp)铁和液态铁的理论Hugoniot曲线。计算的Hugoniot曲线与最新修正的铁的实验数据[J Appl Phys, 2000, 88: 5496]在总体上符合很好，并且可以细分为两个部分：在约低于200 GPa的压强区，用ε-铁模型的计算结果与实验结果符合很好；在约高于260 GPa的压强区，用液态铁模型的计算结果与实验数据也符合得比较好；对介于200~260 GPa之间的压强区，则归属于由ε-铁向液态铁转变的混合相区。这意味着铁的Hugoniot曲线在约200 GPa处出现的微小偏折是由固-液相变引起的，从而否定了Brown [Geophy Res Lett, 2001, 28: 4339]提出的它是一次由ε-铁向另一个未知结构的某个固相铁的相转变的见解。     

Shock-induced phase transitions in the MgO-FeO system to 200 GPa

We report new shock-compression data for single-crystal MgO at 114 and 192 GPa. Our data together with the existing shock-wave data revealed a volume discontinuity at 170±10 GPa along with the MgO Hugoniot. The discontinuity gives a volume increase of 1.9%, indicating a possible phase transition from a rock-salt structure (B1) to a high-temperature phase along with the MgO Hugoniot. We re-examined the Hugoniot data on polycrystalline sample (Mg_0.6, Fe_0.4)O up to 200 GPa [M.S. Vassiliou, T.J. Ahrens, The equation of state of Mg_0.6Fe_0.4O to 200 GPa, Geophys. Res. Lett. 9 (1982) 127-130], which showed similar discontinuity with a 2.2% volume increase at 135±10 GPa. Our results add to fundamental understandings of the behavior of MgO and the lower mantle mineral magnesiowüstite (Mg, Fe)O at ultrahigh pressure and temperature.     

铂Hugoniot曲线的Ab initio计算

对于一个原子平均体积为Ｖ,温度为Ｔ的热力学系统,体系的Ｈｅｌｍｂｏｌｔｚ自由能可以写为Ｆ（Ｖ,Ｔ）＝Ｅｃ（Ｖ）＋Ｆｉｏｎ（Ｖ,Ｔ）＋Ｆｅｌ（Ｖ,Ｔ）＋Ｆｍａｎ（Ｖ,Ｔ）其中Ｅｃ为０－Ｋ冷能。对于其中的电子热激发贡献Ｆｅｌ,目前流行的有三种计算方案,即：Ｍｏｒｕｚｚｉ的Ｄｅｂｙｅ－Ｇｒｕｅｎｅｉｓｅｎ方案、Ｍｏｒｉａｒｔｙ的ＭＧＰＴ方案和Ｗａｓｓｅｒｍａｎ的ＣＥＬＬ模型方案。Ｄｅｂｙｅ－Ｇｒｕｅｎｅ     

冲击载荷下Al2O3陶瓷的动态响应

 通过平面飞片碰撞实验，研究了质量分数为90%的Al₂O₃陶瓷在0～11.0 GPa的动态响应行为，给出了该材料的Hugoniot弹性极限（σ_HEL）、动态屈服强度、高压声速和Hugoniot曲线。结果表明：当冲击应力在σ_HEL≈11.0 GPa的范围内，Al₂O₃陶瓷的塑性区压缩特性表现出较明显的弥散行为；在远低于σ_HEL的应力区，Al₂O₃陶瓷已表现出明显的压缩损伤效应，即出现所谓的破坏波效应。