天然橄榄石单晶的压缩性

采用金刚石对顶砧高压装置和同步辐射X射线衍射技术,在常温下对两种天然橄榄石单晶(含铁的铁镁橄榄石(Mg_(1.83)Fe_(0.17))SiO_4和不含铁的纯镁橄榄石Mg_2SiO_4)进行了高压结构行为研究。实验结果表明,两种天然橄榄石单晶在最高压力为9.9GPa的条件下没有发生相变。采用二阶Birch-Murnaghan状态方程描述压力-晶胞体积(p-V)关系,获得了铁镁橄榄石和纯镁橄榄石在零压下的晶胞体积(0.292 9(3)、0.289 9(1)nm~3)和体积模量(140(3)、151(2)GPa)。两种镁橄榄石呈高度各向异性,轴压缩性表现为:b轴的压缩率最大,c轴次之,a轴的压缩率最小。随着铁组分的加入,橄榄石的体波速减小,两种橄榄石的体波速相差5.2%,该结果对于研究上地幔的物质构成和弹性波速具有一定的意义。     

绿柱石的原位高压X射线研究

 采用同步辐射光源和金刚石对顶砧（DAC）技术,对绿柱石进行了室温下的原位高压能散X射线衍射（EDXD）研究,实验的最高压力为19.2 GPa。在实验压力范围内,未观察到绿柱石发生相变,轴压缩率c大于a;在小于9.3 GPa的压力范围内,其体积压缩率符合二阶Murnaghan状态方程,而压力在9.3～19.2 GPa范围内时,其体积压缩率有所增加,且体积-压力关系近乎线性变化。     

压力作用下Mg_2X(X=Si,Ge)相热力学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了压力作用下Mg_2Si和Mg_2Ge的结构、弹性和热力学性质。计算结果表明:0GPa压力作用下两者的晶格参数与实验值以及其他理论值吻合较好,且相对晶格常数a/a_0和晶胞体积V/V_0均随压力的增大而减小;在0~25GPa压力作用下,Mg_2Si和Mg_2Ge相体模量B、剪切模量G、杨氏模量E均随压力的增大而增大,材料的刚度和塑性均增强,当压力达到15GPa时,材料由脆性转变为延性。最后借助准谐德拜模型和Gibbs软件,研究了温度与压力对Mg_2Si和Mg_2Ge的德拜温度、体模量、热容和热膨胀系数的影响。     

闪光灯泵浦的可调谐镁橄榄石激光器

一、前言最近,可调谐固态激光器领域取得了显著进展。在各种可调谐激光晶体中,掺铬镁橄榄石(Cr:Mg_2SiO_4)由于其激光波长和泵浦源更引人注目。据报道,镁橄榄石可以在1230nm附近产生激光,可以用Nd:YAG激光器(1064nm)激励这种晶体,获得高效率的泵浦。     

辉石结构与相变的第一性原理研究

利用第一性原理方法研究了Mg端员辉石(MgSiO3)低压相(Pbca、P2_1/c)和高压相(C2/c、P2_1ca)在不同压力下(0~30GPa)的结构。首先计算得到了不同压力下各相的晶胞体积,并由状态方程拟合得到了体积模量,结果显示在零温零压条件下Pbca和P2_1/c(低压单斜相)的体积模量相近,C2/c的体积模量最大(比Pbca的大3%),而P2_1ca作为高压相其体积模量却比Pbca小很多。其次分析了Mg端员辉石3个轴向的压缩性,发现C2/c相的c轴比a轴难压缩,与前人研究的透辉石(MgCaSi2O6)的表现相反。P2_1/c、C2/c、P2_1ca的链角随着压力的增大而减小;Pbca其中一种链角的变化趋势和其他3个相一样,而另一种链角先随着压力的增大而减小,在达到7GPa后开始增大,可能表示相的不稳定或开始相变。最后通过研究不同相之间的焓值差,讨论了Mg端员辉石在低温高压下可能存在的相变情况。     

(Fe0.03Ni0.97)8(Si0.79P0.21)3的等温状态方程研究

 采用固态高温烧结反应方法,成功合成出了陨硅镍铁石样品(Fe_0.03Ni_0.97)₈(Si_0.79P_0.21)₃。X射线衍射结果表明,合成样品的结构为R3'c,对应的晶胞参数为a=b=0.663 8(1) nm,c=3.789 2(2) nm,V=1.446 15(6) nm³。在室温下,对样品进行原位高压X射线衍射研究,实验最高压力达到21.3 GPa,随着压力的升高,晶胞体积逐渐减小,但并没有观察到结构相变。利用Birch-Murnaghan状态方程对体积与压力的关系进行拟合,获得常温常压下的体积V₀=1.441 4(24) nm³,体积模量K₀=220(7) GPa。晶轴与压力的关系利用Murnaghan状态方程拟合,获得a轴和c轴的模量分别为K_a=257(9)和K_c=165(4),c轴较a轴容易压缩。     

压力高达27GPa下天然奥长石的XRD分析（英文）

在室温高达27GPa压力下对天然奥长石(Na_(0.86)K_(0.02)Ca_(0.12)Mg_(0.01)(Fe_(0.01)Al_(1.12)Si_(2.87)O_8))粉晶进行了原位同步辐射X光衍射(XRD)测量,获得了样品的状态方程。实验数据表明随着压力增大奥长石样品在大约3.5GPa发生了三斜向单斜的相变(P1→C2)和在大约10.0GPa发生了单斜对称相变(C2→C2/m)。样品三个相的体模量计算值分别为K_0=73.8GPa(K′=10.98),K_((C2))=124GPa(K′=1.05)和K_((C2/m))=272GPa(K′=0.625)。样品的元素组成影响其T—O—T键角的刚度、M—O键的强度和Si—O—Al键角的弯曲,从而导致奥长石样品在高压行为的特殊变化。三斜相的奥长石晶胞压缩性具明显的各向异性。实验结果表明在冷俯冲带奥长石可能是碱金属和碱土金属深循环的载体。     

高压下单晶橄榄石的电导率

以圣卡洛斯(San Carlos)单晶橄榄石为研究对象,结合交流阻抗谱和金刚石对顶砧(DAC)技术,在300 K、0～19 GPa条件下对其电导率的各向异性进行系统研究。压力标定根据红宝石荧光谱线的漂移以及硅油的拉曼光谱。实验结果表明:在300 K、0～19 GPa条件下,橄榄石[100]方向上的电导率最大,从3.8×10~(-8) S/m增加到9.0×10~(-8)S/m,[010]与[001]方向上的电导率接近,约为[100]方向电导率的1/2～1/3;橄榄石电导率随着压力线性增加,其中[100]方向的电导率随着压力变化的斜率最大。在室温条件下,橄榄石主要的导电机制是小极化子导电,且具有负的活化体积。研究结果表明,在含水量较低的上地幔区域,随着深度增加,压力效应可能导致电导率横向和纵向的不均一性增强。     

天然绿帘石原位高压同步辐射X射线衍射研究

在金刚石压腔高压装置(DAC)上采用同步辐射角度色散X射线衍射技术,在室温、最高压力9.16GPa条件下,对天然绿帘石进行了状态方程研究。在实验压力范围内,未观察到绿帘石发生相变。通过Birch-Murnaghan状态方程,对所获得的实验数据进行了状态方程拟合,获得了天然绿帘石的体弹模量值为116(7)GPa,体弹模量的压力导数值为7.8(8),若将体弹模量的压力导数值固定为4,获得绿帘石的体弹模量值为132(4)GPa。另外,绿帘石存在较为明显的轴向压缩各向异性:c轴方向压缩系数最大,b轴方向压缩系数最小,说明天然绿帘石在c轴方向更易于压缩,而b轴方向最抗压。     

BeO的高压能量色散X射线衍射研究

在北京同步辐射高压站进行了BeO高压原位能量色散X射线衍射实验. 在从常压下加压至42GPa的过程中,BeO保持常压的六方纤锌矿结构(Wurtzite),没有发生相变,晶胞体积随着压力增加单调减小.用Murnaghan方程拟合出BeO在0.6—42.0GPa范围内的P-V状态方程,得到体弹模量K₀=276GPa.     

四方相PbTeO3晶体在高压下的压缩行为

利用水热法在230℃以及水的饱和蒸汽压条件下合成出毫米尺寸的四方相PbTeO₃单晶样品,并研究了其晶体结构、微观形貌、热稳定性等性质。利用金刚石对顶砧和同步辐射原位X射线衍射技术,探讨了该四方相PbTeO₃晶体在高压下的压缩行为,发现在0～37 GPa的压力范围内四方相PbTeO₃无相变发生。拟合该PbTeO₃样品的压力-体积数据,得到其体弹模量为B₀=42(1) GPa,体弹模量的一阶导数B’₀=5.5(0.2)。晶格参数随压力的变化显示,该晶体在c轴方向更易压缩。     

压力对纯的和含硫化亚铁的橄榄石电导率影响的实验研究

在YJ-3000 t紧装式六面顶大腔体压机上,用Solartron-1260阻抗/增益-相位分析仪,在1～3 GPa、723～1273 K的条件下,原位测量了纯的和含15%(质量分数)FeS的橄榄石电导率。实验结果表明:在实验温度范围内,含15%FeS的橄榄石电导率比纯橄榄石的电导率高2～3个数量级,且电导率值在0.1～10 S/m范围内;纯的和含15%FeS的橄榄石电导率都随着温度的增加而增大,但是纯的橄榄石电导率对温度的敏感性更强;纯的和含15%FeS的橄榄石电导率随压力变化表现出相反的特性,随着压力的升高,纯橄榄石电导率微弱地降低,而含15%FeS的橄榄石电导率显著地增加。由含15%FeS的橄榄石电导率对温度、压力的效应以及实验获得的活化焓可知,15%FeS在橄榄石中形成了相互连通的网络,主导着橄榄石的导电过程。     

强冲击压缩下LiF,Al2O3和LiTaO3 单晶的透光性

在二级轻气炮上,用高速电子相机扫描照相技术和改进的Mallory实验装置,对z切LiF,Al2O3(蓝宝石)和LiTaO3单晶材料的冲击透光性进行了对比测量,并用黑密度计提取出动态图像定量化的光强对比度变化曲线.结果表明,LiF单晶在102GPa压强下能够保持长时间的初始透光性不变,与公认的LiF具有优良的高压下透明性的认识一致.LiTaO3单晶在实验压力(139GPa)下变成基本不透明.而Al2O3单晶在131GPa冲击压力下则表现为透明性逐渐下降直至完全不透明.     

高压下天然顽火辉石能量色散X射线粉末衍射研究

 在北京同步辐射装置（BSRF）高压站对采自于河北大麻坪的天然顽火辉石,在室温高压（0~31.64 GPa）下,利用金刚石压腔装置（DAC）,进行了能量色散X射线粉末衍射（EDXD）原位测量,得到了顽火辉石在不同压力下的衍射图谱,并利用UnitCell软件进行解谱,获得了其晶胞参数a、b、c和晶胞体积V及其随压力的变化,最后利用Murnaghan等温方程得到了天然顽火辉石的体积模量K_T(0)=172 GPa、压缩系数及p-V状态方程,发现沿a、b、c三方向的压缩系数存在明显的各向异性,结果与斜方辉石的弹性波速各向异性完全一致。     

6H型六方钙钛矿相BaGeO3的高温高压合成

利用金刚石对顶砧高压装置,结合显微激光双面加热技术,对BaGeO_3开展了高温高压实验研究。常温常压下赝硅灰石相的BaGeO_3于12 GPa左右开始非晶化。进一步加压到22 GPa并对已完全非晶化的BaGeO_3样品进行(1 800±200) K的高温处理,拉曼光谱显示其转变成一种未见报道的高压新相。在0～17.4 GPa压力范围对BaGeO_3高压新相开展同步辐射X射线衍射测试,其衍射谱可以用6H型六方钙钛矿相进行指标化,并且卸压到常压时仍保持稳定。以6H型钙钛矿相为结构模型,分别对17.4 GPa和常压下的X射线衍射谱进行Rietveld结构精修,获得其结构参数。应用二阶Birch-Murnaghan状态方程拟合实验体积-压力数据,得到其体弹模量K0=150(2) GPa和零压晶胞体积V0=373.0(3)?3。在实验研究的基础上,对6H型钙钛矿相BaGeO_3进行第一性原理理论计算,所得不同压力下的晶格常数和体积数据与实验结果符合得很好,状态方程参数K0=153(1) GPa,V0=374.2(1)?3。20.0 GPa时计算的拉曼光谱也很好地描述了拉曼实验测量结果。研究结果补充了赝硅灰石相BaGeO_3在更高温压条件下的结构相转变。6H型钙钛矿相BaGeO_3的获得为进一步表征该相的物理化学性质奠定了基础,为开发高性能钙钛矿结构锗酸盐材料提供了可能性,同时对于理解硅酸盐钙钛矿结构的相变规律及稳定性、地球下地幔物理化学性质及其变化等具有重要的指示意义。     

纳米ZrO2(4Y)的快速高压烧结研究

纳米Y2O3稳定的ZrO2粉在4GPa高压下、1000－1200℃烧结2min致密成型。完整块体致密度为99．3％。在高压烧结过程中,由于外加压力对扩散的促进作用,活化能比用其它方法烧结时降低,约为48kJ/mol,晶粒长至40－70nm。四方度及晶胞体积略小于常压烧结样品的数值。高压快速烧结ZrO2(4Y)陶瓷为棕色、深灰色或黑色。快速高压烧结所得样品结构存在某种非均匀性。     

(111)轴向锑化铟单晶冲击相变研究

 利用气体炮加载方法研究了(111)轴向锑化铟（InSb）单晶的冲击相变以及剪力对冲击相变的影响。冲击加载应力为1.75~3.80 GPa。实验得到，InSb单晶相变的起始应力由静高压时的2.3 GPa下降到1.727 GPa，最大体积变化率为ΔV/V₀＝15.31%，对应的最大剪力为0.681 GPa，剪力水平为83%左右，相变平均静水压力由静高压时的2.3 GPa，下降到0.823 GPa。研究表明，剪力对锑化铟单晶相变的诱发水平有重大影响。     

低孔隙度疏松锡的高压声速与相变

为研究微孔洞对锡的高压相变的影响, 对含亚微米孔洞的疏松锡(疏松度m=1.01)进行了冲击加载-卸载实验. 利用DPS(Doppler pins system)测得了31.8-66.1 GPa冲击压力下疏松锡/LiF界面粒子的速度剖面, 获得了各压力下的纵波声速与体波声速, 给出了该疏松锡的冲击熔化起始压力约为49.1 GPa, 获得了各压力下的剪切模量与泊松比. 结合密实锡与疏松锡的高压纵波声速、体波声速与剪切模量, 界定密实锡的冲击熔化压力在53.5-62.3 GPa之间, 高于疏松锡的值, 表明微孔洞明显降低了冲击熔化压力. 对密实锡准确的冲击熔化压力值还需要进一步的实验数据. 测试的固态压力范围内的声速数据没有明显奇异点, 表明疏松锡没有类似密实锡的固态bcc 相变发生.     

钙钛矿CaTiO3的超高压结构研究

利用同步辐射x射线衍射和 DAC 高压技术在室温下测量了钙钛矿CaTiO₃在压力0—44.53 GPa下的结构变化.结果表明，随着压力的增加CaTiO₃的三个晶轴都受到不同程度的压缩，a,b的压缩率相近且相对比较大，c的压缩率最小，但没有证据表明有相变的发生.在压力范围内CaTiO₃的P-V关系用Murnaghan状态方程表示，设定K′0=4，得到V0=0.2245(6)nm3和K0=222(9) GPa.应用赝立方角γpc与压力的关系，初 关键词： 3')" href="#">CaTiO₃ 结构 超高压 状态方程     

钙钛矿(CaTiO_3)高压相变及等温压缩

高温高压条件下对钙钛矿(Perovstsite)多晶进行了研究,在金刚石压砧设备上压力条件最高达38GPa,YAG莱塞加热温度近1000℃以上,用红宝石萤光校压系统进行压力标定。实验结果表明静水压条件X射线就位测量,CaTiO_3(Ⅰ)由斜方晶系在10GPa时直接向六方CaTiO_3(Ⅱ)结构相变,体积变化为1.6％;1000℃加热及非静水压条件下,CaTiO_3(Ⅰ)由斜方晶系首先转变为四方晶系CaTiO_3(Ⅲ)转变压力为8.5GPa,体积变化0％,继续增加压力到15GPa,CaTiO_1(Ⅲ)向CaTiO_3(Ⅱ)转化成六方晶系,体积变化亦为1.6％。三种高压相,在压力降到一个大气压时都会消失,所以是逆转化的非淬火相。 等温压缩在标准静水压条件下进行,压力应小于10.4GPa,K_0~'=5.6时,X_o=210±7GPa,此数据是根据Birch-Murnaghan状态方程求得的体模重。