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.     

下地幔条件下钙钛矿结构MgSiO3熔化行为的研究

利用分子动力学方法结合有效的对势,模拟了下地幔条件下钙钛矿结构MgSiO3的熔化曲线．研究表明,分子动力学模拟结果精确地再现了广泛压强范围内钙钛矿结构MgSiO3的状态方程,并且熔化曲线与最新的实验结果也符合的很好．在压强上升到下地幔压强范围内,压强低于60 GPa时的钙钛矿结构MgSiO3熔化曲线比较陡,接着变得平缓．在核幔边界压强135 GPa时,钙钛矿结构MgSiO3的熔化温度是6500 K,明显低于Zerr和Boehler实验结果的外推结果．     

高压下MgO熔化特性的分子动力学模拟

利用分子动力学方法,模拟研究了高压下MgO的熔化特性．通过晶体的现代熔化理论,对MgO的分子动力学模拟熔化温度进行了修正,得到了高温高压下MgO的熔化温度．计算得到的MgO熔化曲线和已有的实验及其它理论结果在0-135 GPa进行了比较,发现修正得到的MgO熔化温度和由Lindemann熔化方程及两相方法得到的结果在压力低于15 GPa时符合很好．同时,MgO熔化模拟有效解释了一阶相变分子动力学过程中出现的过热熔化现象．     

高温高压下铁热导率的第一性原理研究

铁在高压高温下的热导率是研究地球动力学和热演化的关键参数.在以往的研究中,铁的热导率主要归结于电子热导率,我们发现铁在高压下晶格振动对热导率的贡献不可忽略.本文利用晶格动力学和玻尔兹曼输运理论计算了铁的声子色散、Hugoniot状态方程和热导率.预测了铁在核幔边界附近温度约为3500K,在地球内核边界条件约为6500K.考虑晶格振动的热导率在地球核幔边界附近为112W/m K,在内核边界条件约为200W/mK.     

无氧铜冲击熔化温度的辐射法测量

 在发生冲击熔化的情况下，金属样品/窗口界面压力下的熔化温度与卸载温度数值相等，且十分接近于界面温度值。根据这一结论，利用二级轻气炮加载手段和光辐射法测温技术，用氟化锂（LiF）单晶作透明窗口，获得了110~140 GPa压力范围内无氧铜的熔化温度。实验表明，无氧铜的高压熔化温度数据与文献发表的无氧铜高压声速实验结果是一致的，铜的高压熔化规律可用Lindemann熔化定律近似描述。采用的熔化温度测量方法不必反演出冲击温度，简化了冲击熔化温度的数据处理方法，为金属冲击熔化温度测量提供了一种潜在的技术途径。     

金属钨熔化过程的分子动力学模拟

本文使用分子动力学方法对金属钨的熔化过程进行了数值模拟,分析了钨在熔化过程中的结构、系统内能变化以及表面熔化过程固-液界面变化情况,初步分析了表面熔化现象的机理。模拟过程采用嵌入原子模型(EAM)描述原子间相互作用,模拟结果表明,嵌入原子模型适合于计算固-液相变过程,表面熔化过程是由表面处最外层原子的不稳定性触发的。对于均匀熔化过程,晶体在4700 K下发生固-液相变;对于表面熔化过程,计算获得了不同温度(3800～4800 K)下的熔化速度,拟合出熔化速度公式,得到的表面熔化热力学熔点与已有实验结果基本符合。     

镁铝合金的冲击熔化行为实验研究

采用反向碰撞实验技术,结合具有高时空分辨率的全光纤激光干涉测速技术,对镁铝合金开展了极端动态压缩条件下的动力学行为实验研究,获得了镁铝合金在30～73 GPa压力范围内的Hugoniot和声速实验数据。深入的数据分析表明,所获得的Hugoniot数据与早期的Hugoniot数据一致,但是纵波声速却呈现出明显的向体波声速转变的趋势,对应冲击加载下镁铝合金的固-液熔化相变,相变压力区间为40～57 GPa。     

一种多孔铁的高压声速和冲击熔化

 用冲击加载手段对一种多孔铁材料的高压声速进行了研究。研究结果表明,该多孔铁材料的冲击熔化压力范围在122～157 GPa之间,利用多孔铁可以测得铁在200 GPa压力内的冲击熔化温度。     

高压下Fe_(92.5)O_(2.2)S_(5.3)的熔化温度

采用反向碰撞法与光分析技术,测量了Fe_(92.5)O_(2.2)S_(5.3)(质量分数比)在208GPa下的声速,发现固态Fe_(92.5)O_(2.2)S_(5.3)的纵波声速在144GPa下开始减小,直到165GPa完全转变为液态体波声速,表明样品的完全熔化温度为(3 500±400)K。将该熔化温度作为参考点,应用Lindeman定律并外推至地球内外核边界可知,Fe_(92.5)O_(2.2)S_(5.3)的熔化温度为(5 000±400)K。通过比较Fe、Fe-O、Fe-S以及Fe-O-S的熔化温度,发现O元素对Fe熔化温度的影响很小,S元素对Fe熔化温度的降低与其含量成正比。如果外地核中S的质量分数为2%~6%,则地球内外核界面温度为5 000~5 400K。     

氦-3熔化压力方程

在广泛收集实验数据和理论关联式的基础上,提出了低温流体3He的宽温区、高精度熔化压力方程。该方程采用国际标准单位制,首次以统一而非分段的形式描述了3He在0．001 K-30 K宽温区熔化压力与温度的关系,方程计算值相对于406个实验数据点的最大和平均偏差分别为3．02％和0．106％。计算表明,该方程在0．31586 K时存在最小压力 2．93113 MPa,这一结论与以往的实验和理论研究非常吻合。     

水绿矾的状态方程和高压熔化

 用阻抗匹配法和压电探针技术测量了初始密度为1.714 g/cm³（孔隙率α=ρ₀/ρ₀₀=1.898/1.714=1.107）的水绿矾（FeSO₄·7H₂O）的冲击压缩线,发现其在0～100 GPa范围内存在两个明显相区：含有部分熔融的低压相和完全熔化的高压相。在两个相区内,冲击波速度D和波后粒子速度u可分别描述为：D=0.59+2.06u（u<3.12 km/s）和D=3.18+1.223u（u≥3.12 km/s）。从冲击压缩数据出发,用欧拉有限应变理论得到了其等熵状态方程。其熔化方程可用p_m(GPa) =0.159(T_m(K)/1000)^6.3371+0.69来近似描述。     

高压熔化曲线的实验标定

 利用Al、Cu、Pb的冲击熔化实验结果,并考虑到材料的Grüneisen系数γ(ρ)从固态值向液态值过渡,通过Lindemann熔化定律标定了熔化曲线T_m(ρ)。由于Lindemann定律与Grüneisen系数γ(ρ)密切相关,因此用冲击熔化实验标定T_m(ρ),也间接标定了γ(ρ)。     

高密度氦相变的分子动力学研究

采用分子动力学方法结合对关联函数分析计算了0–1000 K范围内氦的固–液相变曲线, 与实验数据的对比显示, 在0–500 K之间与实验数据符合很好, 500 K以上还没有相应的实验数据. 另外, 计算了钛金属中不同尺寸氦泡的压强, 并与高密度氦的固–液相变曲线进行了对比. 结果显示, 在低温条件下, 随着温度的降低, 钛晶体中可能会出现固态氦泡; 在300 K以上不会存在固态氦泡.     

金属熔体表面张力数据的关联与计算

本文根据表面热力学理论和对比态原理,导出了一个金属熔体表面张力的计算公式,通过对五种碱金属熔体高温（４００～１５００ Ｋ）下表面张力数据计算检验,本公式计算精度较高,可供工程计算使用。本方法的优点是使用简便;在计算中只需少数已知参数,如 Ｐｃ、 Ｔｃ、 Ｚｃ即可。     

The melting curve of CaSiO3 perovskite under lower mantle pressures

The high pressure melting curve of CaSiO₃ perovskite is simulated by using the constant temperature and pressure molecular dynamics method combined with effective pair potentials for the first time. The simulated results for the partial radial distribution function all compare well with experiment. The calculated equation of state is very successful in accurately reproducing the recent experimental data over a wide pressure range. The predicted high pressure melting curve is in good agreement with the experimental ones, and the melting curve up to the core–mantle boundary pressure, being very steep at lower pressures, rapidly flattens on increasing pressure. The present results also suggest the validity of the experimental data of Zerr and Boehler.     

Melting and thermal expansion of iron in uniformly laser-heated diamond anvil cells

Abstract

A technique is described to laser heat samples uniformly under hydrostatic pressure conditions to over 2500 K and 400 kbar with very high accuracy in P and T. I re-measured the melting curve of iron by this technique and obtained excellent agreement with my earlier work using resistive wire heating (Boehler 1986). P-V-T measurements on γ-iron to 200 kbar and 2000 K using synchrotron radiation leads to a strong decrease of the thermal expansion coefficient with pressure, (?lnα/?lnV)_T = 6.5. The zero pressure bulk modulus K₀ decreases with temperature by 0.33 kbar deg^?1. This Yields densities of iron at conditions in the Earth's core which are consistent with shock compression measurements. The potiential of studying mineralogical phase transitions by this method is described.     

Molecular dynamics of MgSiO3 perovskite melting

The melting curve of MgSiO分子动力学 MgSiO3钙钛矿 熔化温度 高压melting temperature, molecular dynamics, high pressureProject supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos 10274055 and 10376021),the Natural Science Foundation of Gansu Province, China (Grant No 3ZS051-A25-027) and the Scientific Research Foundation of Education Bureau of Gansu Province, China (Grant No 0410-01).2005-01-125/8/2005 12:00:00 AMThe melting curve of MgSiO3 perovskite is simulated using molecular dynamics simulations method at high pressure. It is shown that the simulated equation of state of MgSiO3 perovskite is very successful in reproducing accurately the experimental data. The pressure dependence of the simulated melting temperature of MgSiO3 perovskite reproduces the stability of the orthorhombic perovskite phase up to high pressure of 130GPa at ambient temperature, consistent with the theoretical data of the other calculations. It is shown that its transformation to the cubic phase and melting at high pressure and high temperature are in agreement with recent experiments.     

高聚物熔体的新状态方程

1引言随着国民经济的快速发展，作为新型的、具有特殊功能的高分子聚合物已成为在国民经济各部门中应用最为广泛的新型材料之一，如SAN、PP、PVC等高聚物．高聚物状态方程是研究这类新型材料性能及其加工过程，以及生产这些高聚物机械设备设计的重要依据，长期以来一直为广大高分子科技工作者十分重视的研究领域。但由于高聚物具有其特殊且又十分复杂的物质结构，与常规的气、液等物态有着很大的差异，尤其热物性与这些常规物质间存在着很大的不同，因此研究起来往往十分困难，至今为止国外的研究仍寥寥无几，国内在这方面的研究几乎尚…