冲击高压下硝基甲烷的拉曼光谱及其结构稳定性

在单次冲击压缩实验中,借助新建的瞬态拉曼光谱技术实现了对液态硝基甲烷冲击拉曼光谱的原位观测,来探究该样品分子在冲击波作用下的结构稳定性。实验发现,在10.6GPa的冲击加载下硝基甲烷的拉曼特征峰仅发生了蓝移和展宽,而在观测波段未发现化学变化产生的迹象。这一结果否定了文献所报道的硝基甲烷在6GPa~8.5GPa的单次冲击压力区间内发生了化学反应的推论,同时也证实了在10.6GPa的冲击压力下硝基甲烷分子在约为516ns的压缩时间内能够保持其结构的稳定。     

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.     

金刚石压腔蛇纹石原位拉曼光谱研究

在金刚石压腔中,运用激光拉曼光谱技术对高压下蛇纹石矿物结构及其稳定性进行了原位观测与研究。实验获得蛇纹石在常温下从0.1～5 140MPa的拉曼光谱数据。研究发现,蛇纹石低频拉曼谱峰388,471,692和705cm-1随压力增加有规律地向高频偏移;层内羟基3 664cm-1峰和层间羟基3 696cm-1峰与压力呈明显的正相关性。层内羟基3 664cm-1峰随压力变化的斜率为3.3cm-1.GPa-1,层间羟基3 696cm-1峰在2.0GPa时斜率由8.3cm-1.GPa-1变为1.1cm-1.GPa cm-1。在实验温压条件下,蛇纹石未发生脱水作用。     

叠氮化钡的高压拉曼光谱研究

在室温条件下,利用金刚石对顶砧高压技术,对叠氮化钡进行了原位高压拉曼光谱研究,采用红宝石荧光压标测压,实验的最高压力为10 GPa。实验压力范围内拉曼光谱随压力增加发生了丰富的变化。由于多处拉曼峰的出现和消失并伴随频移有拐点,我们判断叠氮化钡在3 GPa左右时发生了第一次结构相变;随着压力继续增加,在3.5~6.5 GPa范围内拉曼光谱仍不断变化,我们判断可能是相变或者是N=N=N键角和两个键长的非对称压缩导致的;压力继续增加,在8 GPa左右,多处新峰出现和峰的劈裂表明又发生了一次结构相变,并且判断叠氮化钡向着更复杂的结构转变。通过实验可以确定,实验压力范围内N=N=N离子并未被破坏。其实验结果有待高压同步辐射实验的进一步确认。     

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。     

高压下金红石的拉曼光谱分析

常温下利用金刚石压腔装置(DAC)对金红石加压至40GPa,进行拉曼光谱的原位分析.发现压力约为13GPa时,金红石结构转变为斜锆石结构(ZrO2).21.1GPa相变完全.直至实验最高压力,没有进一步相变出现.在卸压中,斜锆石结构转变为α-PbO2结构.实验压力通过红宝石用拉曼光谱测压的计算方法确定,快速方便.     

正庚烷相变序列的高压拉曼光谱研究

在室温条件下, 利用金刚石对顶砧超高压实验技术, 对液态的正庚烷进行了原位高压拉曼光谱研究, 采用红宝石荧光压标测压, 实验的最高压力为20.78 GPa。实验中发现, 当压力达到1.2 GPa左右时, 原本透明的样品腔内有小晶粒形成, 此时测量的拉曼谱上发现有许多新的拉曼峰出现。因此, 我们判断正庚烷在此压力下发生了一次相变; 当压力增加到3 GPa左右时, 在92.42 cm-1和2913.6 cm-1处又出现了2个新的拉曼峰, 并且拉曼频移随压力变化的曲线出现拐点, 我们推测在此压力下正庚烷可能又发生第二次相变; 当压力高于14.5 GPa时, 正庚烷发生了第三次压致相变; 而当压力介于7.5~14.5 GPa之间正庚烷处于两相共存的状态。我们给出了液体正庚烷在高压下的相变序列为: 液相-旋转相Ⅲ-旋转相Ⅳ-结晶相。该研究结果为进一步理解和研究其他正烷烃在高压下的结构、物理和化学特性提供了理论基础。     

高压下液态硝基甲烷的分子动力学模拟

 对高压下液态硝基甲烷的性质进行经典和基于第一性原理计算的Car-Parrinello分子动力学（CPMD）模拟。利用经典势的分子动力学（MD）模拟研究了高压压缩状态下液态硝基甲烷的结构和热力学性质,得到了高达14.2 GPa压力下的理论Hugoniot数据。对于一些热力学函数,如总能和粒子速度,经典势模拟给出了很好的总趋势,基本特征和实验观测一致。但是在给定的密度下,经典模拟预言的Hugoniot压力偏高。在几个选定的密度下,进行了CPMD模拟,得到了二体相关函数、速度自相关函数、振动光谱和其它的热力学性质,并与经典模拟结果进行了比较。对二体相关函数的分析表明经典势的短程部分的刚性可能太强,从而导致了比实验值高的理论压力值。对于某些二体相关函数,CPMD模拟和经典模拟结果差别很大,可以归结为量子效应。当压力增高时,量子模拟得到的振动光谱向高频部分移动的现象与实验观测相符合。     

KBrO3在高压下拉曼光谱和结构的研究

利用原位高压拉曼散射和X射线衍射技术,研究了KBrO3在高压下晶格振动和晶体结构演化行为.最高压力达30.9 GPa.通过拉曼光谱发现,在高压下拉曼峰位除了单调移动,没有其它变化,表明KBrO3在研究的压力范围没有发生相变.原位高压X射线衍射实验数据显示,其在高压下依然保持常压的六方结构.通过进一步分析,分别得到了体弹模量B0=25.9(2) GPa(B′0=5.68(0.38))和部分拉曼峰的Grüneisen参数.     

金刚烷的高压拉曼光谱研究

对金刚烷(C_(10)H_(16))进行了常温原位高压拉曼光谱研究,最高压力为25 GPa。通过分析高压拉曼光谱,结合拉曼频移随压力的变化情况,得出在实验压力范围内C_(10)H_(16)发生了多次相变。0.6 GPa时,C_(10)H_(16)由常温常压下的无序相(α相)转变为有序相(β相);继续加压至1.7 GPa时,第2次结构相变开始,直至3.2 GPa,第2次相变完全结束;第3次相变开始于6.3 GPa,结束于7.7 GPa;22.9 GPa时发生了第4次结构相变。另外,首次在拉曼光谱上探测到第3次相变过程中晶格振动峰的变化,说明第3次相变并非前人报道的等结构相变。     

液相硝基甲烷分子振动特性的相干反斯托克斯拉曼散射光谱

构建时间分辨相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）光谱系统,从微观层次研究硝基甲烷的分子相干振动动力学特性.实验中采用超连续白光作为斯托克斯光,通过调整斯托克斯光的时间延迟,得到不同振动模式的CARS光谱.通过对振动弛豫曲线的拟合,获得硝基甲烷分子不同振动模式的振动失相时间.结果表明C–H键伸缩振动比C–N键伸缩振动更容易受热声子的影响.在热加载下,硝基甲烷分子的C–H键有望首先被激发并引起初始化学反应.     

High Resolution Laser Transient Spectroscopic Technology under Two-Stage Light Gas-Gun Loading Condition and Stability Study of Shocked BenzeneEI北大核心CSCD

The present paper reports the high resolution transient Raman laser testing technology under two-stage light gas-gun loading experiment, and its application to studying the Raman spectroscopy of shocked benzene. In the experiments, the frequency shift of C-C stretching vibration (992 cm(-1)) and C H stretching vibration peak (3 061 cm(-1)) in the low pressure section (less than 8 GPa) varies linearly with the pressure, and the results agree well with reported data in the literature. The structural changes in liquid benzene about 13 GPa were clarified firstly by the Raman spectral technique; the experimental results show that at a pressure of 9.7 GPa, the structural change of liquid benzene has taken place, not reported in the literature about 13 GPa. But the composition in the production is not clear. The measurement system provides an effective means to study the microstructure changes of transparent and translucent material under dynamic loading experiment.     

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.     

双屈服法测定93W合金的屈服强度

 用组合飞片技术以实现对待测材料93W合金进行加载-再加载和加载-卸载，并用VISAR（Velocity Interferometer System for Any Reflector）测试方法和高速数值示波器记录样品-窗口界面的粒子速度，通过上下屈服面法对实验数据进行处理，从而推出93W在冲击压力分别为16、32和96 GPa三个压力点下的屈服强度为：1.8、2.6和4.9 GPa。得到了93W合金在高压下材料屈服强度随冲击压力的增大而增大，但其与冲击压力的比值则随冲击压力的增加而减小的变化规律。     

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.     

冲击波温度和压力对二氧化钛相变的影响

 介绍了一种简便易行的降低疏松固体物质冲击波温度的方法，其要点是用液体石蜡充填样品的空隙。以用粉末锐钛矿压装成型的样品为例，对比了不充填和充填液态石蜡时冲击波作用的结果。在同样的冲击加载条件下（均为钢飞片，撞击速度为3.16 km/s），估算两种样品中达到的压力分别为36.3 GPa和46.8 GPa，平均温度分别约为4.7×10³ ℃和2.0×10³ ℃，即：充填液态石蜡的样品中压力增加了约10 GPa，但平均温度降低了近3×10³ ℃。对冲击后回收样品的分析结果表明，不充填石蜡样品的主要产物为金红石，即冲击波产生的高温起了主要作用。而充填液态石蜡时，主要生成β-TiO₂高压相，即高压起了主要作用。     

Equation of state of initially liquid carbon monoxide and nitrogen mixture

The modified liquid perturbation variational theory and the improved vdW-1f model were applied to calculating the equation of the state of liquid CO-N₂ mixture with the ratio of 1:1, 4:1 and 1:4, respectively, in the shock pressure range of 9–49 GPa. It was shown that the calculated result for CO-N₂ mixture with the ratio of 1:1 is well consistent with the earlier experimental data. The thermodynamics equilibrium, chemical equilibrium and phase equilibrium were all considered in detail. It was found that Hugoniot of liquid CO-N₂ mixture is moderately softened in the pressure range of 20–30 GPa and 30–49 GPa for different initial proportions, and that the Hugoniot is more softened in the latter pressure range, which means that the structural phase transition occurs near 20 GPa and 30 GPa. Since the shock productions may absorb a plenty of systematic energy, the shock temperature and pressure decline compared with the case of no chemical reaction. Pressures and temperatures increase gradually with the increase in the mole fraction of nitrogen composition. The results for the 1:1 CO-N₂ mixture lie in the middle of two others. Therefore, it was shown that the modified Lorentz-Berthelor rule used in the scheme is effective to study shock-compression properties of liquid CO-N₂ mixture under high temperatures and high pressures. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 10576020)     

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。