下地幔温压下(Mg,Fe)SiO3钙钛矿的相稳定性——对冲击回收样品的微观分析

 在60~110 GPa冲击压力（估算温度为2 300~4 800 K）范围内进行了5发原始样品为(Mg_0.92,Fe_0.08)SiO₃顽火辉石的冲击压缩回收实验，对回收样品进行的X射线衍射（XRD）和红外吸收光谱（IR）分析结果表明：（1）回收样品的主相均是单链状结构硅酸盐，而非钙钛矿结构；（2）回收样品中均未观察到氧化物SiO₂和(Mg_0.92,Fe_0.08)O的XRD 和IR特征谱线；（3）回收样品的XRD、IR特征谱线变得简略，并发现了与原始样品有某些不同的特征谱线，随冲击压力增加，这种变化趋于明显；（4） 通过对比冲击压力在85 GPa以下和97 GPa以上回收样品的XRD、IR特征谱线，没有观察到明显的新谱线特征出现。结合先前的冲击Hugoniot状态方程实验数据分析，可以认为：在冲击压缩过程中样品处于钙钛矿结构，在冲击卸载过程中样品发生了由钙钛矿结构向单链状结构的逆转相变；特别是，在实验的温度压力范围内，不可能发生由(Mg_0.92,Fe_0.08)SiO₃向SiO₂和(Mg_0.92,Fe_0.08)O的化学分解相变，顽火辉石的高压相——钙钛矿结构是稳定的。回收样品和原始样品的谱线差异可能对应于高压加载或卸载过程引起的某种晶格畸变，而高压加载导致钙钛矿型顽火辉石晶格畸变的可能性更大。这一结果将对下地幔矿物学模型的建立和下地幔地震波探测结果的解释提供基础物理依据。     

2.0~5.5 GPa压力下合成的SiO2玻璃

 在温度为355～445 ℃、压力为2.0～5.5 GPa条件下，用光谱纯SiO₂合成了一系列SiO₂玻璃，它们的红外光谱谱带特征与高密度石英玻璃相似。SiO₂玻璃和高密度石英玻璃的折光率与压力的对数之间呈线性关系。SiO₂玻璃中含有少量的水，并且以OH^-离子的形式存在。可能正是由于少量的水对SiO₂的非晶化起了重要作用。     

Ca2CuO3的高压结构性质研究

 采用金刚石压砧高压装置（DAC）,对具有Cu—O链结构的Ca₂CuO₃的多晶粉末样品进行了高压同步辐射能散X射线衍射实验。实验结果表明,在0～34 GPa压力范围内,Ca₂CuO₃晶体没有发生结构相变,用Birch-Murnaghan状态方程拟合,得到在压力导数B′₀=4时,零压体弹模量B₀=165.4±1.8 GPa。     

(Fe0.03Ni0.97)8(Si0.79P0.21)3的等温状态方程研究

 采用固态高温烧结反应方法,成功合成出了陨硅镍铁石样品(Fe_0.03Ni_0.97)₈(Si_0.79P_0.21)₃。X射线衍射结果表明,合成样品的结构为R3'c,对应的晶胞参数为a=b=0.663 8(1) nm,c=3.789 2(2) nm,V=1.446 15(6) nm³。在室温下,对样品进行原位高压X射线衍射研究,实验最高压力达到21.3 GPa,随着压力的升高,晶胞体积逐渐减小,但并没有观察到结构相变。利用Birch-Murnaghan状态方程对体积与压力的关系进行拟合,获得常温常压下的体积V₀=1.441 4(24) nm³,体积模量K₀=220(7) GPa。晶轴与压力的关系利用Murnaghan状态方程拟合,获得a轴和c轴的模量分别为K_a=257(9)和K_c=165(4),c轴较a轴容易压缩。     

室温下Fe62Ni27Mn11（wt%）合金的压致fcc-hcp相变

 本文采用Mao-Bell型金刚石对顶砧（DAC）及高压在位（in situ）粉末X光衍射照相方法研究了Fe₆₂Ni₂₇Mn₁₁（wt%）合金在0~43.2 GPa压力范围内的压致结构相变和等温压缩行为，实验结果表明，该合金在低压时为fcc结构，在19.4 GPa压力附近出现压致fcc→hcp结构相变，直到43.2 GPa一直保持fcc、hcp二相共存；相变过程中，二相的molar体积相同；高压hcp相得晶格参数比值c/a基本上不随压力而变，可以表示为c/a=1.630±0.006；在卸压过程中，hcp相可保持到5.8 GPa，当卸压到常压时，该合金完全恢复到fcc结构；用Murnaghan等温固体状态方程对其压缩数据进行最小二乘法拟合，得到B₀=(166±12) GPa，B₀'=5.2±0.5；本文还给出了该合金的压致fcc→hcp结构相变模型，并对存在很宽的二相共存区间问题进行了初步探讨。     

高温高压下SrB4O7：Eu2+玻璃的晶化

 利用X射线衍射和Eu²⁺发射光谱方法研究了非晶玻璃SrB₄O₇在高温高压下的晶化。结果表明：在5.0 GPa压力下，200 ℃仍为玻璃态，只有几个强度极低的小峰，表明有晶化的迹象；600 ℃时已基本晶化，但为SrB₄O₇正交相与SrB₄O₇高压立方相二相共存；当温度提高到1 000 ℃时，晶化成了近单相的与常压SrB₄O₇粉末晶体相同的正交结构。伴随晶化度的加强，Eu²⁺发射强度增强，与Ｘ射线衍射结果相一致。     

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。     

液态CO2高温高密度状态方程研究

 利用二级轻气炮作冲击加载手段，采用自己建立的低温靶，比较系统地研究了液态CO₂的冲击压缩行为。在20～60 GPa压力区获得六个新的Hugoniot数据点。根据这些实验点，采用液体统计力学理论和化学平衡方法，重新优化获得一组CO₂－CO₂，CO₂－O，CO－O作用势参数。分析表明，引起体系在25 GPa以上区域冲击软化现象的主要机制是CO₂离解反应，CO₂—→CO+O。     

静高压下非晶(Fe0.99,Mo0.01)78Si9B13合金晶化过程的热力学研究

 在600~930 K，常压到7 GPa的范围内，对非晶(Fe_0.99,Mo_0.01)₇₈Si₉B₁₃合金等温等压退火30 min。实验表明：其晶化产物α-Fe(Mo, Si)、Fe₃B和Fe₂B相的析出与所加压力密切相关。压力使非晶(Fe_0.99,Mo_0.01)₇₈Si₉B₁₃合金的晶化温度和亚稳Fe₃B相的析出温度下降，在一定的压力和温度下，亚稳Fe₃B相将向稳定Fe₂B相转变，其转变温度随压力而变化。还对非晶(Fe_0.99,Mo_0.01)₇₈Si₉B₁₃合金的晶化和亚稳Fe₃B到稳定Fe₂B转变的热力学机制进行了讨论，并给出Fe₃B向Fe₂B的相转变方程。     

高温高压下C3N6H6分解产物的研究

 采用高温高压方法分解缩聚三聚氰胺（C₃N₆H₆），得到一种棕黑色粉末。经过X射线粉末衍射分析，产物主要由未完全分解的原料、碳和分解过程中的过渡相组成。透射电镜观察结果显示，过渡相在某一方向具有长周期结构；在扫描电镜下观察形貌，产物为片状组织，且其中有少量气孔；X射线能散结果表明，C∶N≈3.27∶1（原子比）；此外，进行了红外吸收谱和X射线光电子能谱测试，产物主要键合状态是C(sp²)＝N和C(sp²)—N。     

A Strength Softening Phase Transition Observed in Shocked （Mg0.92,Fe0.08）SiO3 Perovskite at About 83 GPa

We report the experimental data of Hugoniot longitudinal sound velocity VL for natural （Mg0.92,Fe0.08）SiO3 enstatite sample at about 40-140 GPa, consisting of three new data and five previously reported data but revised by our new Hugoniot equation of state parameters. Three segments, separated by two discontinuities, appear in the VL-PH （shock pressure） plot. Analyses show that the first discontinuity at about 64 GPa, with a sharp increase of VL of about 21%, is judged to be a phase transition from enstatite to Pbnm perovskite （PV）; while the second one at about 83 GPa, with a dramatic decrease of VL of about 23%, is likely caused by a subtle structural change from Pbnm PV to tetragonal PV, accompanied by material strength softening due to melting of oxygen sublattices. This strength softening evidence is obtained first from shock wave experiments, and probably has profound implications for probing into the origin of low seismic velocity anomaly in the Earth＇s lower mantle and thus constraining the geophysical and geochemical models for the Earth＇s lower mantle.     

高压下顽火辉石的相态及其地球物理意义

 利用Birch-Murnaghan有限应变状态方程和Grüneisen状态方程,计算了钙钛矿型（Mg_0.86Fe_0.14SiO₃）和方镁石（Mg_0.86Fe_0.14O）与斯石英（SiO₂）混合物（摩尔比为1∶1）的Hugoniot压力-密度关系。将计算结果与实验数据比较后表明,在相同压力但不同温度的区域,上述两组相态都可能是顽火辉石的高温高压相态。但进一步通过与PREM的比较和分析后表明,在下地幔压力和温度条件下顽火辉石的相态应该是稳定的钙钛矿型,从而支持了Knittle等人的看法。     

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。     

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。     

镁橄榄石和顽辉石的高温高压合成

 用国产六面顶压机，在温度为1 000～1 500 ℃和压力为2～5 GPa的高温高压条件下，对氧化镁（MgO）和二氧化硅（SiO₂）混合粉末样品进行了处理。通过对所得产物的观察与X射线衍射分析结果表明，在较宽的压力范围内，可以得到镁橄榄石（Mg₂SiO₄）单晶体和顽辉石（MgSiO₃）单晶体。讨论了地幔物质镁橄榄石（Mg₂SiO₄）和顽辉石（MgSiO₃）的生成条件、生长特性及相变关系。     

Fe40Ni40P12B8非晶合金的冲击晶化实验研究

 本文研究了Fe₄₀Ni₄₀P₁₂B₈非晶合金冲击波加载下的晶化行为，冲击波由二级轻气炮发射的告诉弹丸撞击靶产生。实验结果表明：Fe₄₀Ni₄₀P₁₂B₈非晶合金在冲击波加载下，晶化可在加载时间（微秒量级）内发生；晶化的阈值压力在30~50 GPa之间，相应的冲击温度约为510~800 K，晶化析出相与冲击压力有关，低压下析出相是面心立方γ-(Fe, Ni)固溶体和Fe₃(P_0.37B_0.63)化合物，高压下（大于60 GPa）析出相除了面心立方γ-(Fe, Ni)固溶体和Fe₃(P_0.37B_0.63)化合物之外，还包括(Fe, Ni)₃P化合物。     

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%。     

埃洛石的Birch-Murnaghan状态方程和高压物性

 用欧拉有限应变理论分析了埃洛石的冲击Hugoniot实验数据,得到了其低压相和高压相的等熵体积模量K_0S及其对压力的一阶导数K′_0S。对低压相,在γ＝0.43(ρ₀/ρ)时,K_0S＝32.16 GPa,K′_0S＝7.17;对高压相,在γ＝1.0(ρ₀/ρ)^1.5、且相变能各取579.1 J/g（常压下的值）和1 000 J/g时,K_0S、K′_0S分别为103.28 GPa 、4.97和95.85 GPa、5.35。根据高压下物性参数的跃变,讨论并分析了其各个相区物质组成的差异。