碳水混合物冲击压缩特性研究

 利用二级轻气炮加载技术研究了碳水混合物的冲击压缩特性。研究发现：冲击压力p低于19.0 GPa时，石墨与水混合物冲击压缩特性明显不同于金刚石与水混合物的冲击压缩；p大于23.0 GPa后，它们的特性十分接近，这说明有较多的石墨转变为金刚石；当p为52.9 GPa时石墨与水混合物的冲击压缩特性出现明显偏离，这和高压下碳水混合物产生气体成份有关。     

冲击波作用下碳水混合物发射光谱研究

 利用二级轻气炮和OMA-Ⅲ光多通道系统,分别研究金刚石与水、石墨与水两种碳水混合物在冲击波作用下的发射光谱。冲击压力高于16.41 GPa时,观测到350～750 nm波段内叠加在连续辐射背景上的发射谱;当冲击压力高于33.95 GPa时,C₂、CO、CO₂的谱线辐射明显,表明碳和水发生了化学反应。     

液氮与液态一氧化碳混合物的冲击压缩特性研究

 利用二级轻气炮研究了等体积的液态一氧化碳（LCO）与液氮（LN₂）混合物的冲击压缩特性，在10～25 GPa压力范围内获得了5个Hugoniot数据点。混合物冲击绝热线位于单质一氧化碳和液氮Hugoniot拟合线之间，并靠近前者。这意味着混合物的冲击压缩特性不是其中各单质行为的简单平均。     

碳水混合物冲击压缩特性的理论研究

 采用固-液双相混合模型和分子流体的微扰变分统计理论,分别计算了石墨-水体系（ρ₀=1.233 g/cm³）和金刚石-水体系（ρ₀=1.238 g/cm³）的冲击压缩特性。结果表明：（1）在不发生石墨→金刚石相变和化学反应的低压区域（p<20 GPa）,这两种混合体系的冲击压缩曲线的差别并不明显;（2）在发生石墨→金刚石相变的高压区域（p>20 GPa）,这两种混合体系的冲击压缩曲线显著不同,且石墨-水体系更易压缩;（3）在45～60 GPa强冲击压力范围内,冲击波诱发的化学反应也不会显著影响这两种体系冲击压缩曲线的走势。上述结论与文献（高压物理学报,1999,13(2):87-92）发表的实验结果相矛盾。进一步分析了引起理论与实验结果不一致的可能原因,并对文献中的实验结果及其理论分析结论提出质疑。     

非饱和黏土平板撞击实验及状态方程的研究

利用口径为24mm的二级轻气炮实验装置,结合磁测速和光纤探针动态测试技术,分别对含水率为0、8%和15%的3种非饱和黏土试样进行了平板撞击实验,试样的压力峰值区间为1.29~32.54GPa。实验结果表明,含水率对非饱和黏土的冲击压缩特性影响明显。当非饱和黏土受到冲击压缩时,孔隙被进一步压实,滞留在黏土孔隙中的水和空气来不及排出,从而与黏土中的固体颗粒一起,共同支配非饱和黏土的冲击压缩特性;而由于水的相对不可压缩性,导致黏土的可压缩性随着含水率的升高而下降。提出一种修正的三相混合物状态方程,对3种含水率试样的压力-密度曲线进行了拟合,结果表明,该状态方程能够较好地描述不同含水率非饱和黏土的压力-密度关系。     

动态加载过程中石英玻璃诱导水的快速结晶相变

在气炮加载试验中利用弹载光源原位测试技术,观测了夹于石英玻璃之间的水在动态压缩过程中的透光特性. 通过其光透射特性研究了水的冲击相变. 实验结果发现液态水在动态冲击压缩过程中, 其压力低于2 GPa 就出现透明性变差的现象,而且水的透明性下降与石英玻璃的存在有关,是一种石英诱导水的结晶相变现象.     

液氘单次冲击压缩的QMC模拟研究

液氢在较宽压力与温度范围内具有复杂的物理特性,须从分子层面构建精确模型开展探索研究。利用电子-核耦合的CEIMC法模拟液氘单次冲击实验,分析了液氘冲击特性,当压力达50.3GPa时液氘具有最大压缩率4.48,在110GPa冲击压力附近未发现有压缩率急剧增大的迹象。选用合适的Al基板材料模型,建立了液氘单次压缩状态与实验条件间的关系,总结了单次冲击实验规律。得到的状态方程与现有动高压实验结果一致,也与经修正后的100GPa以上压力的Omega激光实验值吻合,说明采用基于共振价键理论的波函数后,CEIMC法可应用于液氘的冲击模拟。     

钒的冲击熔化原位X射线衍射测量研究

高压结构与相变研究对理解物质在极端压缩条件下的性质变化和动力学响应行为具有重要的科学价值,然而部分过渡金属的动/静高压熔化线差异一直是多年来悬而未解的科学难题.其中动、静高压固-液相界幅值差异最大的是第五副族金属,以钒最为反常,至今仍缺乏自洽的物理认识和理解.本文采用高能脉冲激光驱动的瞬态X射线衍射诊断技术,对冲击压缩下钒的熔化特性进行了研究,首次获取了冲击压缩下钒在200 GPa范围内的晶体结构响应随压力变化的衍射图谱.研究发现,冲击压力为155 GPa时,钒仍保持固态bcc相;至约190 GPa时转变为液态.这一结果否定了早期确定的静压熔化线,与最新的冲击熔化线及高温高压相图符合,为钒高压熔化线的统一认识提供了新的微观实验证据.本工作亦可推广至其他材料熔化特性的研究工作中.     

高压热处理石墨-六角氮化硼微晶混合物的结果分析

 为了进一步研究用球磨法制备B-C-N物质的规律性,在4.5~5.8 GPa压力、800~1 300 ℃温度条件下,对用球磨法获得的石墨-六角氮化硼微晶混合物进行高压热处理。热处理后产物的XRD、XPS及FT-IR测试表明：在4.5 GPa、800 ℃时,样品中出现部分hBN晶化现象,但石墨仍然保持微晶状态;当温度升到1 300 ℃时,样品中不仅存在晶化的hBN,而且出现一种类石墨结构的B-C-N三元化合物。与相关研究资料对比后认为：这一新化合物近似于BC₃N。压力增加到5.8 GPa而温度保持1 300 ℃时,结果变化不大。     

氟化锂和蓝宝石单晶冲击消光及其对辐射测温的影响

采用冲击波压缩原位光源技术结合时间分辨多波长高温计测量,研究了氟化锂和蓝宝石单晶样品的冲击消光现象,实验压力范围50~183GPa,中心波长覆盖254~800nm。结果表明,氟化锂单晶样品在实验压力下透过率变化不大,对界面温度的拟合值影响不明显,只是使表观发射率略有下降;当压力低于90GPa时,蓝宝石的消光情况同氟化锂接近,对界面温度的拟合影响也不明显;而当压力高于99GPa时,蓝宝石呈现明显的消光衰减现象,实验测定的消光系数随压力增加而增加,与波长间呈反比关系,与文献报道250GPa高压消光特性一致。研究还发现,蓝宝石窗高压消光行为对界面温度的测量存在较大的影响,使得拟合温度明显偏低。本文研究对发展非透明材料冲击测温技术具有一定的参考价值。     

电磁内爆的准一维数值模拟

 提出一个用于电磁内爆过程数值模拟的准一维模型，对1 MJ电容器组电磁内爆优化方案进行了计算，并将计算结果与零维模型和一维模型的结果进行了比较。     

静-动加载相结合的材料状态方程实验平台的研制

根据神光-Ⅱ第九路高功率激光加载的特点,对传统静高压金刚石压砧装置进行了改进和优化设计,研制出了适合高功率激光加载条件下材料宽域状态方程研究的新型静高压靶.在神光-Ⅱ高功率激光装置上建立了基于静高压金刚石压砧和动高压激光相结合的材料宽域状态方程研究平台.利用这一平台开展了超纯水的宽域状态方程实验探索,获得了较好的实验结果.     

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。     

Gold under high pressure

Abstract

First principle predictions for the equation of state of gold using solid and liquid state theories are compared up to combined pressures and temperatures of 600 GPa and 17 000 K with static diamond anvil cell compression, ultrasonic measurements and shock Hugoniot data which include a recent laser driven shock Hugoniot points at 600 GPa. Excellent agreement between theoretical and experimental data is observed. The theoretically estimated 300 K isotherm agrees to within 2 GPa with the isotherm that has been measured to 70 GPa using the diamond anvil cell. The structural energy estimates show that the normal f.c.c. phase remains stable under pressure. The estimate of the shock Hugoniot temperature of gold at 600 GPa based on a liquid state model is consistent with the measurements of laser induced shock luminescence, which in fact provides an experimental determination of the temperature of gold above its Hugoniot melting point. The powerful means provided by theory in the prediction of material properties of gold at ultra high pressures and temperatures is significant because gold is an efficient converter of laser energy into soft X-rays and is a potential candidate as a standard for high pressure, high temperature work.     

多次冲击石墨合成聚晶金刚石的实验研究

 利用高能炸药爆轰产物驱动金属飞片，碰撞“硬”回收包套以输入平面冲击波，在24~37 GPa的压力范围内，对纯石墨进行1~4次的冲击压缩实验，合成出了纯度很高、形貌良好的立方型聚晶金刚石。随着冲击次数的增加，金刚石的转化率和粒度有增大的趋势。但是，当金刚石粒度较大时（约100 μm以上），如果冲击温度较低（约1 000 K以下），同时冲击压力又较高（约20 GPa以上），金刚石颗粒就容易被冲击波破碎。     

高温高压下碳的状态方程及相变理论研究

 研究了高温高压下三相碳（石墨、金刚石、液相碳）的状态方程，包括高压下石墨到金刚石的固-固相变以及高温下石墨和金刚石的熔解曲线。计算所得到的金刚石熔解曲线具有正的斜率，石墨-金刚石-液相三相点为4 400 K，14 GPa左右。     

Influence of the reversible α–ε phase transition and preliminary shock compression on the spall strength of armco iron

Full wave profiles are used to determine the Hugoniot elastic limit and the spall strength of armco iron samples with an as-received structure and the samples recovered after preliminary loading by plane shock waves with an amplitude of 8, 17, and 35 GPa. The measurements are performed at a shock compression pressure below and above the polymorphic a–e transition pressure. Metallographic analysis of the structure of armco iron shows that a developed twinned structure forms inside grains in the samples subjected to preliminary compression and recovered and that the twin concentration and size increase with the shock compression pressure. The spall strength of armco iron under shock loading below the phase transition pressure increases by approximately 10% due to its preliminary deformation twinning at the maximum shock compression pressure. The spallation of samples with various structures at a shock compression pressure above the phase transition proceeds at almost the same tensile stresses. The polymorphic transition in armco iron weakly affects its strength characteristics.     

冲击加载下Zr51Ti5Ni10Cu25Al9金属玻璃的塑性行为

进行了10—27 GPa应力范围内Zr₅₁Ti₅Ni₁₀Cu₂₅Al₉金属玻璃的平面冲击实验以研究其高压-高应变率加载下的塑性行为.由样品自由面粒子速度剖面的分析获得了冲击加载过程的轴向应力,并通过轴向应力与静水压线的比较获得剪应力.实验结果表明,尽管存在明显的松弛效应,但Zr基金属玻璃的Hugoniot弹性极限随着冲击应力的增加而增加.然而,塑性波阵面上的剪应力则显示先硬化而后软化现象,而且软化的幅度随冲击应力的增加而增加.冲击加载下Zr基金属玻璃的上述剪应力变化特征与分子动力学模拟结果比较一致,但与压剪实验结果和一维应力冲击实验结果明显不同.