新型功能碳材料的高压截获

高性能功能材料在诸多领域具有广泛的应用前景,是人们一直关注的研究热点。高压可以有效地改变物质的原子间距和成键方式,是获得新型功能材料的重要途径。在碳材料的高压研究中,许多有趣的功能碳材料,如光学透明碳、高强度弹性碳和超硬非晶碳等,已经通过不同的碳前驱体合成。本文简要介绍了作者近年来在低维碳基纳米复合材料高压研究中取得的进展,基于设计的不同低维碳前驱体,高压下截获了具有超硬特性、新型压致共价聚合及发光增强的碳材料。     

高压辅助法制备红外非线性AgGaGe5Se12、AgGaGeS4晶体

AgGaGe5 Se12、AgGaGeS4非线性晶体在中远红外激光具有良好的应用前景.合成高纯多晶是制备可器件化单晶元件的关键.但S、Se易挥发、高温下饱和蒸气压高,易导致石英坩埚的爆炸,组分偏离化学计量比.为此,本文采用一种新型的高压辅助法合成出大尺寸高纯的多晶原料,解决了石英坩埚爆炸和组份偏离问题,并在此基础上进行了单晶的生长过程.多晶X射线粉末衍射测试结果与模拟图谱或者标准PDF卡片一致;X射线荧光光谱分析得到各元素百分含量非常接近化学计量比,AgGaGe5 Se12中Ag、Ga、Ge、Se各占7.86;、5.08;、23.80;、63.26;,AgGaGeS4中Ag、Ga、Ge、S各占28.22;、18.24;、19.52;、34.02;;单晶透过率测试得到AgGaGe5 Se12、AgGaGeS4透过率分别为60;、70;,证明此方法制备的AgGaGe5 Se12、AgGaGeS4晶体性能优良,展现了该方法在多晶合成的应用潜力.     

高压下L-丝氨酸的拉曼光谱研究

压力可以引起蛋白折叠与变性。作为蛋白质的基本构成单位，氨基酸在高压下的变化近来年备受关注。在常见的20种氨基酸中，学者们利用高压拉曼技术已研究了多种氨基酸在高压下的变化，研究的最高压力达到30 GPa。为了探究L-丝氨酸(C₃H₇NO₃)在极高压力下的结构变化情况，采用原位高压拉曼技术在常温下对L-丝氨酸晶体进行研究，最高压力达到22.6 GPa。研究发现，当压力达到2.7 GPa时，在102 cm-1处出现新峰，在1 123 cm-1(NH₃反对称摇摆振动)处的特征峰出现劈裂；当压力达到5.4 GPa时，L-丝氨酸晶体在574 cm-1处出现新峰，同时原来164 cm-1处峰消失；当压力达到6.0 GPa时，位于226，456，770和2 968 cm-1(CH₂伸缩振动)等处出现新峰，877 cm-1处的CC伸缩振动峰发生劈裂，产生894 cm-1新峰；当压力达到7.9 GPa时，在145，151和2 946 cm-1等出现新峰，同时原在CO₂摇摆振动峰的肩峰531 cm-1消失；当压力达到11.0 GPa时，位于249 cm-1处的振动峰开始劈叉，在241 cm-1处形成新峰，位于2 956 cm-1(CH₂伸缩振动)同时原位于391和431 cm-1处的峰消失；当压力达到17.5 GPa时，在200 cm-1处出现新峰。通过进一步分析L-丝氨酸的拉曼波数随压力的变化，发现很多拉曼峰在1.37，2.2，5.3，7.46和11.0 GPa以及15.5 GPa等压力点处都出现了拐点。其结果表明：L-丝氨酸在0.1～22.6 GPa之间共发生7处结构相变，分别位于压力区间0.1~1.37，2.2~2.7，5.3，6.0，7.46~7.9，10.1~11.0和15.5~17.5 GPa之间。而且，在6.0 GPa新的相变点在之前文献中未论述过。由于L-丝氨酸晶体在6.0 GPa时CC伸缩振动峰发生劈裂，这现象可能是由于压力引起L-丝氨酸晶体分子发生重排导致的，同时L-丝氨酸晶体分子重排导致氢键发生重排，使得L-丝氨酸晶体出现新的CH₂伸缩振动峰。L-丝氨酸晶体在10.1~11.0 GPa之间的拉曼光谱变化主要集中在低波数段，该波数段的拉曼振动模式主要与晶体晶格振动等低能量振动有关。同时在高波数段出现新的CH₂峰，由此可推测在10.1~11.0 GPa之间，L-丝氨酸晶体的晶格振动发生变化，产生了新的氢键，从而导致了L-丝氨酸晶体结构的改变。L-丝氨酸晶体在15.5~17.5 GPa之间，由于没有发现直接证据证明其发生结构相变，只是在拉曼波数随压力变化中，发现其在17.5 GPa时出现拐点，因此推测L-丝氨酸晶体在15.5~17.5 GPa之间可能发生结构相变。     

蓝宝石冲击消光晶向效应的第一性原理

蓝宝石的冲击消光现象是高压领域中的研究热点.低压段(86 GPa范围内)的实验研究表明蓝宝石的冲击消光与晶向相关,但在高压段(压力范围:131255 GPa)是否也具有晶向相关性目前尚不清楚.为此,利用第一性原理方法,分别计算了八个不同晶向的蓝宝石理想晶体和含氧离子空位缺陷晶体在高压段的光吸收性质,结果发现:1)蓝宝石在高压段的冲击消光表现出明显的晶向效应,且该效应还随压力增大而增强;一步的数据分析可以看出,在冲击实验采用的波段内,a晶向的消光最弱(透明性最好),c晶向的消光最强与c晶向的消光接近,g晶向的消光要弱于s晶向的消光.鉴于此,如果在高压段开展加窗冲击波实验,建议选择a晶向或m晶向的蓝宝石作为其光学窗口.本文结果不仅有助于深入地认识蓝宝石在极端条件下的光学性质,而且对未来的实验研究有重要的参考作用.     

高压烧结制备Tb掺杂n型(Bi1–xTbx)2(Te0.9Se0.1)3合金及其微结构和热电性能

采用高压烧结技术制备了稀土元素Tb掺杂的n型Bi2Te2.7Se0.3基纳米晶块体热电材料.将高压烧结成型的样品于633 K真空退火36 h.研究了Tb掺杂量对样品的晶体结构和热电性能的影响.结果表明,高压烧结制备的样品为纳米结构, Tb掺杂使样品的晶胞体积变大,功率因子增大,热导率降低,从而使ZT值提高.Tb掺杂量为x=0.004是最优的掺杂量,该掺杂量的高压烧结样品经退火处理后,于373 K时ZT值达到最大为0.99,并且在323-473 K范围内, ZT值均大于0.8,这对用于温差发电领域具有重要意义.     

高压下限域富勒烯分子体系构筑的新结构

探索新的碳结构是物理、材料等学科关注的热点课题. 富勒烯分子可看成是一种零维碳结构，其独特的结构和优异的性质为构筑新碳结构提供了理想的构筑单元. 本文介绍了利用限域与高压相结合的方法，在富勒烯限域体系研究中取得的进展，包括溶剂化富勒烯、富勒烯填充单壁碳纳米管（Peapod）限域体系的高压结构转变，总结了溶剂分子等对限域富勒烯高压结构相变与新结构形成的影响. 结果对新型碳结构的设计与构筑提供了新的思路与有益参考.     

AgAlSe2晶体高压相变的第一性原理研究

基于密度泛函理论,采用广义梯度近似法,研究了黄铜矿结构AgAlSe₂在高压下的晶体结构、晶格动力学稳定性与电子结构.结果显示:在0 GPa时AgAlSe₂的晶格参数与实验值吻合,在13.9 GPa附近,质量密度、Se-Ag键长、Se-Al键长、晶格常数a突然增大,相对晶胞体积V/V₀、晶格常数c突然减小,声子谱出现虚频,结构变得不稳定,带隙发生突变,数值呈减小趋势.表明AgAlSe₂晶体在13.9 GPa附近发生结构相变.该研究为AgAlSe₂晶体在理论上所能承受的高压提供信息支撑.     

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《高压物理学报》是我国高压物理领域唯一的专业性学术刊物。征稿内容为:动态及静态高压技术,人工合成新材料,高温高压下材料的力、光、电、磁等特性以及物质微观结构的研究,动态及静态高压研究中的测试技术,高温高压下的相变,高温高压物态方程,高压地学,材料动态断裂,冲击和爆轰现象等。《高压物理学报》接受中、英文稿件。     

人造金刚石的微观结构模型

将静态超高压高温合成的人造金刚石晶粒利用RTO包埋法制备成适合TEM观察的样品,发现这些金刚石晶粒是由多根细长的纳米多晶棒沿一定取向规则地以捆束状堆叠、聚集而成,而这些纳米多晶棒之间填充了无定型碳.也就是说,人造金刚石晶粒是由结晶碳素和无定型碳组成的.由此,提出并绘制了人造金刚石晶粒的微观结构模型示意图,可用于解释人造金刚石的各向异性及其他宏观性能特征.在以上结论的基础上,笔者认为业界经常提及的“单晶”金刚石称谓可能并不严谨,可能并不是纯粹由结晶金刚石材料组成.     

消毒灭菌的电离辐射与电磁辐射等物理技术比较分析北大核心CSCD

消毒灭菌技术广泛应用于食品工业、医疗领域、水处理等方面。相对于传统化学和热效应的消毒灭菌方法,γ射线、X射线、电子束、微波、低温等离子体、紫外线、高压脉冲电场等物理手段具有不污染环境、消毒灭菌温度低、没有化学残留物等优点而日益受到重视。但这些物理技术手段各有不同,本文首先介绍了γ射线、X射线、电子束、微波、低温等离子体、紫外线、高压脉冲电场等消毒灭菌的技术原理,然后对比了各自优缺点和应用领域。每种方法都有优势和不足,应针对不同的消毒灭菌对象而选择不同的方式。最后,展望了消毒灭菌的发展方向,提出了消毒灭菌在家庭日常消毒、医疗垃圾处理、有人状态下的室内空气消毒等方面的迫切需求。