基于冲击光谱测量的氧化铝晶体高压相变诊断技术

氧化铝晶体是一种优良的光学透明窗口材料,更是地球内部的重要组成物质.利用气炮加载结合冲击光谱测量,不仅能够获得其发光特征,并且根据光谱分布特征得到高压结构相变信息.在自主搭建的冲击光谱动态测试平台上,结合多通道辐射高温计以及ICCD瞬态光谱测试技术在40~120 GPa的压力区间,研究了c切向氧化铝晶体的辐射发光效应.在可见光波段400~700 nm区间获得了氧化铝晶体的发光光谱和辐射温度结果,证实了光谱的结构特征和表观温度值与该压力下氧化铝的结构相变存在明显的关联性.     

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.     

在石英界面处液态水的冲击结构相变

利用轻气炮加载技术和光透射测量技术, 观测了冲击加载过程中水/石英界面处的水结构变化.实验发现,冲击条件(0.5—2 GPa, 335—375 K)下水在液相区内能够发生结构改变且起始于水/石英界面,结构改变的速率和程度与石英界面的特性有关.证实在固/液相边界一定区域内的液态水,在经历高温高压状态的变化中表现出特殊的相转变现象.同时,研究表明液态水结构转变的过程区分为明显的四个动力学阶段.     

一种可用于轻气炮加载实验中的光散射测试技术

本文报道了一种用于气炮动态加载实验中的在线光散射测试技术。该实验技术具有技术简单、激发光源工作电压低、光源响应时间短、光源输出功率稳定的优点。利用该实验技术研究了水在多次冲击压缩过程中的相变行为,发现当水被冲击压缩到约2GPa以上时,其透明性开始下降。经分析认为水的透明性下降是由水的液-固相变引起的。     

冲击加载下液态水的结构相变

在一级轻气炮上,利用冲击波加载技术结合光透射测量技术获得了水在1—1.6 GPa压力范围内的透射光谱.结果表明,透射光变化是由于在冲击压缩过程中,液态水结构在P=0.9 GPa左右存在的不连续引起的,与文献报道结果一致.结合热力学计算结果和水的相图表明,该变化可能是压力导致液态水由低密度到高密度态的转变所致.实验为在线研究液态水和其他分子液体的结构相变提供了新的途径和方法.     

单次冲击压缩下液态硝基甲烷的拉曼光谱

在单次冲击压缩实验中,运用高敏度瞬态拉曼光谱技术观测了液态硝基甲烷分子的拉曼光谱. 将该拉曼测量技术与二级轻气炮的实验平台结合起来,获得硝基甲烷分子振动模式的高压动态行为. 硝基甲烷被12 GPa压力冲击时的拉曼光谱可清晰探测,其拉曼振动峰仅仅发生了峰位蓝移和峰宽展宽的变化,未显示出化学变化产生的迹象.     

多光谱测量材料冲击辐射特性的温度反演算法

材料的冲击辐射温度是高温-高压作用下状态方程研究的重要物理参量,对武器研制、科学研究和工业制造意义重大。针对冲击辐射温度具有瞬时非接触、测量环境噪声复杂、温度反演发射率不可测等特点,设计了一种新的温度反演方法,以提高温度获取精度。根据约束优化理论,将乘子罚函数法与粒子群算法相结合,实现两种模型的串联,并改进粒子群-乘子罚函数算法。结果表明该混合模型求解方法充分结合了两种单一算法的优势,提高了冲击辐射测试数据的温度反演精度与运算效率,为研究材料冲击辐射的真实温度提供了保障。     

Measurement of transient Raman spectrum on gas-gun loading platform and its application in liquid silane

Combining a low temperature liquidizing system with a transient Raman spectroscopy, a new experimental technique is established for the first time on a two-stage light-gas gun, and it is employed to study shock-compressed fluid silane. With this experimental technique, we first obtain a Raman peak shift relating to the Si–H stretching vibration mode of molecular liquid silane under shock loading conditions. The Raman peak of 2184 cm~(-1) at an initial state of 0 GPa and 85 K moves to 2223.4 cm~(-1) at a shocked state of 10.5 GPa and 950 K, and its full width of half maximum broadens from 33 cm~(-1) to 118 cm~(-1). The shocked temperature, calculated by the thermodynamic equation of state, is well consistent with that estimated by the Doppler broadening function.     

轻气炮加载下蓝宝石的辐射光谱特性

冲击压缩过程中透明晶体的发光现象与材料的微观损伤及其结构变化密切相关,利用轻气炮加载结合多通道辐射高温计以及ICCD瞬态光谱测量系统,在400~800nm的可见光波段获得了蓝宝石晶体的发光光谱;研究表明蓝宝石的冲击发光呈典型的热辐射特征,其热辐射温度与该压力下蓝宝石的熔化温度之间存在明显的关联性。最后,结合辐射温度和光谱分布形态研究了蓝宝石剪切带发光的机理。