轻气炮低温靶的结构及液态CO2冲击压缩特性的研究

 介绍了一种二级轻气炮的低温靶（温度可调范围为180～290 K）系统以及高纯度低温分子液体样品的制备技术。利用该项技术，我们在低温靶中成功地制备出了符合冲击实验要求的液态CO₂样品，并在20~60 GPa区域获得7个冲击压缩数据点。经分析发现，液态CO₂在30 GPa附近发生了冲击相变。     

超临界流体触媒作用下石墨-金刚石转变

 研究了超临界流体CO₂在石墨-金刚石转变中的触媒作用。实验中，采用Ag₂O作为流体触媒的先驱材料，在7.7 GPa压力下，Ag₂O在1 200 ℃分解成Ag和O₂，O₂与石墨套管在高温高压下反应形成CO₂超临界流体。研究结果表明，在7.7 GPa和1 500 ℃以上温度条件下，石墨在CO₂流体触媒的作用下可转变为金刚石晶体，在1 500～1 700 ℃温度范围内合成出的金刚石具有完好的八面体形貌，与天然金刚石的生长特征非常相似。     

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。     

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。     

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。     

CO气体在5 000 K和25 GPa条件下的动力学研究

 利用第一性原理分子动力学方法,对炸药降解产物CO在温度5 000 K、压力25 GPa条件下的化学过程进行了研究。计算得到的最终产物主要由C₃O₂、CO₂和C₂O₂组成。通过对CO、C₃O₂、CO₂和C₂O₂组成的混合物体系的振动性质进行分析,发现计算得到的红外光谱与一些理论和实验结果一致;体系的径向分布函数表明,最终产物具有高密度流体的特征;同时还分析了CO、C₃O₂和CO₂的态密度。结果表明：CO在温度5 000 K、压力25 GPa 这一特定条件下的反应主要归因于高温高压下CO分子间的剧烈碰撞;在形成这些产物的过程中没有发现有明显的过渡态存在。     

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。     

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。     

Pb0.8Sn0.2Te晶体高压相变的X射线衍射研究

 利用X射线粉末衍射方法，在室温高压下观察到了Pb_0.8Sn_0.2Te晶体的压致相变现象。实验是在DAC高压装置上完成的，压力从零逐步加至25.2 GPa。在常温常压下，Pb_0.8Sn_0.2Te具有fcc结构。从实验结果看到，有两个结构相变存在，分别在压力为6.1 GPa和14.9 GPa附近。我们认为，前一个结构相变与Pb_0.8Sn_0.2Te晶体的金属化有密切关系。实验分别从10.0 GPa和25.2 GPa降压至零，发现相变均是可逆的。     

高温高压下硝基甲烷快速反应的光谱研究

 利用多台单色仪、光电系统及高速数据采集系统，成功地研究了硝基甲烷和氧混合物点火后快速反应的光谱。实验观察到CH₃O、CH、CH₂O、OH、CHO、CO、CO₂、H₂O、NO、NO₂等中间产物及最终产物的辐射。时间分辨的光谱测量发现：在爆炸激波管中，硝基甲烷快速反应的机理明显不同于硝基甲烷热分解和冲击引爆时的结果。     

Ba2CuO2Cl2的高压合成及原位高压结构稳定性研究

 在高温高压下合成出了单相的Ba₂CuO₂Cl₂化合物,在高压下对该化合物晶体结构的稳定性进行了研究。结果表明,在实验测量的压力范围内,Ba₂CuO₂Cl₂化合物的晶体结构是稳定的,并且其压缩性表现出较强的各向异性,计算得到了Ba₂CuO₂Cl₂化合物的体弹模量和状态方程。     

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。     

ZrN-ZrB2纳米复合材料的高压制备及性能表征

 以金属锆粉（Zr）和六方氮化硼粉（h-BN）为原料,结合高能球磨和高温高压合成技术,制备出了ZrN-ZrB₂纳米复合材料。利用X射线衍射、透射电镜和拉曼光谱等测试手段,对材料的结构和合成规律进行了研究。结果表明,高能球磨过程中只合成出了ZrN_x,没有出现ZrB₂,从N、B原子与Zr进行固态反应的热力学和动力学方面分析了原因。利用Zr与BN粉球磨10 h后的混料,在压力为5 GPa、温度为1 300 ℃的条件下,制备出了具有高致密度的ZrN-ZrB₂纳米复合材料。其维氏显微硬度（17 GPa）、热膨胀系数（7.57×10^-6 ℃^-1）和电阻率-温度系数（8.846×10^-4 ℃^-1）等材料参数的测量结果表明,ZrN-ZrB₂复合材料是一种集优良的力学、热学和电学性能于一体的纳米复合材料。     

CO_2膨胀液体的分子动力学模拟

采用分子动力学方法,模拟了CO2膨胀甲醇体系、CO2膨胀乙醇体系的热力学性质和输运性质,以及对氯硝基苯在CO2膨胀甲醇体系、苯甲腈在CO2膨胀乙醇体系中的扩散性质。CO2膨胀甲醇体系的密度模拟值略高于实验值,而CO2膨胀乙醇体系的密度模拟值与实验值非常接近。模拟结果表明:CO2使甲醇和乙醇溶液的膨胀非常明显,当CO2的摩尔分数达到0.5时,溶液膨胀约100%;得到了CO2、甲醇、乙醇、对氯硝基苯以及苯甲腈的扩散系数,其中对氯硝基苯和苯甲腈在两种膨胀液体中的扩散系数与实验结果接近;通过扩散系数关联了两种膨胀液体的粘度,计算结果与修正的Wilke-Chang方程得到的体系粘度规律一致。     

高温超导体低温、高压下的物理性质的研究

 在3~20 GPa压力范围内，测量了含氧量较低的YBa₂Cu₃O_7-δ（δ=0.46）单晶压力增强效应（dT_c/dp=4.9KGPa^-1）；YBa₂Cu₃O₇（T_c0=90 K）单晶在压力下临界电流密度随压力变化；外磁场H=30 kO_e时，T_c与磁场、压力关系；压力达16.5 GPa下，Bi₂Sr₂CaCu₂O_x单晶T_c(p)关系（dT_c/dp=-0.4 KGPa^-1）。发现Y系高温超导体的温度压力导数dT_c/dp与T_c0中间呈dT_c/dp=b-mT_c0线性关系（b、m为常数）。结合压力下Y系超导体结构相变和含氧量对T_c影响，分析这类超导体T_c有很强的正压力效应的原因。把实验结果同几种超导电性微观理论模型进行了分析和比较。     

含硼条形金刚石的生成与成因探讨

 在1 470 ℃、5.9 GPa的高温高压条件下，由Fe₅₅Ni₂₉Co₁₆+B₄C体系合成出了十分规则的条形金刚石，这在人工合成金刚石实验中是少见的。并与Ni₇₀Mn₂₅Co₅+B₄C体系中的情形作了比较，探讨了条形金刚石的形成原因，其分析为获得实用性的条形金刚石提供了可能的途径。     

冷压与热压处理对YBa2Cu3O7-δ的结构相变和超导电性的影响

 本文研究了冷压（2.2~5.2 GPa）与热压（2.2 GPa,2.50~950 ℃）对YBa₂Cu₃O_7-δ的正交→四方相转变区和超导电性的影响。冷压保持其正交结构,但破坏了超导性,在98 K（失超点）到室温呈半导体特性,再在空气中烧结,可恢复液氮温区的零电阻状态。以Cu锅密封样品,热压处理至950 ℃,不发生Cu的析出。热压处理后,98 K（失超点）到室温呈半导体特性,再经通氧烧结,于86 K出现零电阻。热压处理过程,从450~950 ℃为正交→四方转变区。950 ℃为转变结束温度,大大高于氧气、空气、氮气、真空状态的温度。400 ℃附近为起始转变温度,低于氮气、氧气气氛的温度。因此相变区加宽。T_0-t结束温度升高,与Cu锅的抑制还原作用有密切关系。如降低高压淬火速率（<<10² ℃/s）,或随后辅以氧气氛中的后处理,将有利于获得既有高密度又有高T_c的YBa₂Cu₃O_7-δ超导体。     

纳米SiO2形成柯石英的p-T相图

 使用纳米SiO₂粉体为原料,在2.0～4.2 GPa、150～1200 ℃范围内进行了一系列的高压高温实验研究,得到了该压力温度范围内晶化产物α-石英与柯石英的p-T相图,而且该相图中的相边界在650 ℃以下斜率为负,在650 ℃以上基本水平。通过X射线衍射仪（XRD）、Raman光谱仪（Raman）、傅立叶红外光谱仪（FT-IR）、DSC-TGA差热分析仪（TG-DTA）-等表征手段,发现纳米SiO₂原粉中水分（包含Si－OH和吸附水）的存在能显著降低合成柯石英的温度和时间,在4.2 GPa压力下得到了目前合成柯石英的最低温度190 ℃。常压下,合成的柯石英在800 ℃以下能够稳定存在,在1 000 ℃以上转化为α-方石英。     

TiN/TiB2纳米复合材料的合成与性能

 结合高能球磨和高温高压实验技术,制备了块体TiN/TiB₂纳米复合材料。通过X射线衍射和拉曼光谱对材料的微观结构进行了研究。结果表明,采用金属Ti和六方BN为原料,在球磨过程和高温高压实验过程中,TiN先于TiB₂形成,球磨70 h后有少量的纳米晶TiN开始形成。在高温高压实验中,在样品腔的合成温度低于1 300 ℃时,没有TiB₂出现;当温度达到1 300 ℃后,合成出了TiN和TiB₂的复合材料。对所合成的块状材料的热膨胀性和导电性能进行了测试。     

钕铁硼强磁体的冲击去磁规律实验研究

为了研究钕铁硼(Nd2Fe14B)强磁体在冲击加载作用下的去磁规律,建立了平面波爆炸冲击加载实验装置,进行了冲击去磁实验.测量了冲击去磁产生的感生电动势,获得了冲击去磁时间、脉冲宽度等性能参数.通过改变加载磁体的冲击波强度和磁体尺寸参数,分析了Nd2Fe14B磁体在不同冲击波压力作用下的去磁程度和磁体尺寸参数对感生电动...