铁高压熔化线的测量——熔化机理的影响

 铁的高压熔化线是高压物理和地球物理研究领域的一个重要课题。就目前的研究成果来看,存在一个公认的问题：静高压实验测得的熔化温度系统地低于来自动态加载实验的熔化数据——在核-幔边界压力下（330 GPa）,动压数据比静压数据高了近一倍（3 000 K）。从熔化相变的物理理论出发,对目前铁高压熔化线实验研究中的实验手段进行评述,并应用有关熔化相变理论的研究成果,对这一重要而未澄清的事实进行初步的探讨。结果表明：在目前铁高压熔化线的实验研究中,计及预熔化和冲击过热在静压和动压实验中对铁熔化温度的影响,可以得到相对自洽的实验结果。这一结果表明,地球核-幔边界压力下铁的熔化温度为3 850 K,外推可以得到铁在内核-外核边界压力下的熔化温度为6 000 K,核心压力下的熔化温度为6 300 K。这一结果还表明,地球液态外核的温度在3 500～5 100 K之间,与Anderson（1998）等推荐的数据一致。     

纳米结构碲化铋合金的制备及电热输运特性

采用惰性气体保护蒸发-冷凝法制备了纳米Bi及Te粉末, 结合机械合金化和放电等离子烧结技术, 在不同烧结温度下制备出了单一物相且具有纳米层状结构及孪晶亚结构的n型Bi₂Te₃块体材料, 并系统研究了块体材料的晶粒尺度、微结构及其对电热传输特性的影响. SEM, TEM分析结果表明, 以纳米粉末为原料, 通过有效控制工艺条件, 可以制备出具有纳米层状结构Bi₂Te₃合金块体材料, 同时纳米层状结构中存在孪晶亚结构; 热电性能测试结果表明, 具有纳米层状结构及孪晶亚结构的块体试样与粗晶材料相比, 热导率大幅度降低, 在423 K附近, 热导率由粗晶材料的1.80 W/mK降至1.19 W/mK, 晶格热导率从1.16 W/mK降至0.61 W/mK, 表明纳米层状结构与孪晶亚结构共存, 有利于进一步提高声子散射, 降低晶格热导率. 其中在693 K放电等离子烧结后的试样于423K附近取得最大值的无量纲热电优值(ZT), 达到0.74.     

FeO_2与FeO_2He晶格热导率与声速特征的第一性原理研究

高温高压实验研究发现了一种新型铁氧化物FeO_2,其可以稳定地存在于地球内部。理论研究表明,FeO_2可以与He在高温高压下发生反应,形成FeO_2He,借此解释了地球内部He的赋存机制。采用第一性原理方法,对比研究了FeO_2和FeO_2He两种矿物在下地幔条件下的晶格热导率和声速特征。计算结果表明,FeO_2He的晶格热导率比FeO_2的晶格热导率高很多,并且其随压力的变化也比FeO_2大。两种矿物的晶格热导率与温度的变化关系都接近T-1,与传统半导体的结论一致。分析表明,两种矿物的群速度差异较小,对晶格热导率的影响有限;两种矿物的非谐散射率有较大的差异,是导致两者晶格热导率差异的主要原因。FeO_2He的剪切和压缩波波速都比FeO_2大一些,但两者的波速都比下地幔主要矿物钙钛矿的波速小,符合D″层超低声速的特征。     

p-型层状氧化锌的热电性质研究

采用第一性原理和玻尔兹曼输运理论,我们系统的研究了p-型二层氧化锌的热电性质.基于对单层氧化锌的晶格优化,计算得到其无虚频的声子谱,证明了它的热力学稳定性.由此构建了热力学性质稳定的二层氧化锌.采用实空间有限差分法生成了二层氧化锌的二阶和三阶力常数,然后得到了其声子散射和晶格热导率,使用两种计算方法得到了其晶格热导率在室温下分别为κ_ι~(BTE)=2.65 W/m·K和κ_ι~(RTA)=2.38 W/m·K.并且得到了p-型二层氧化锌在300 K至900 K等差温度下的热电优值为0.052～0.601,证明通过调节温度可以获得较高的热电优值.     

Mo2C二维材料晶格热导率的第一性原理研究

Mo₂C是构建Mxene基器件的重要材料之一,对Mo₂C二维材料声子输运的理解非常必要.文章结合第一性原理方法和声子玻尔兹曼输运方程,研究了二维Mo₂C材料的晶格热导率.研究表明,室温下二维Mo₂C导热系数非常低,其锯齿方向和扶手椅方向的晶格热导率分别为7.20和5.04 W/mK.计算了声学振动和光学振动模式对晶格热导率的贡献,揭示总热导率主要由面内声学横波的振动模式所贡献.还进一步计算了声子群速度、声子弛豫时间、三声子散射空间和模式格林艾森参数,发现二维Mo₂C中的声子群速度和声子弛豫时间对晶格传输有重要的影响.     

固体氩的晶格热导率的非简谐晶格动力学计算

用一种非简谐晶格动力学方法, 使用相互作用势作为惟一的输入参数, 准确地计算了固体氩的各个声子的频率和弛豫时间. 并将这些结果进一步和玻尔兹曼输运方程相结合, 预测了固体氩从10 K 到80 K 区间的热导率, 并得到了与实验值非常符合的结果. 分析了运用非简谐晶格动力学方法进行数值计算过程中的各个相关的计算参数, 包括布里渊区中倒格子矢量的选取, δ 函数的展宽的选择等对热导率和声子弛豫时间预测结果的影响. 通过对各个声子模式对热导率贡献的分析, 发现随着温度升高, 高频声子对于热导率的贡献率也逐渐变大, 结果和理论预测完全一致. 关键词： 热导率 固体氩 非简谐晶格动力学 声子     

熔体旋甩工艺对n型InSb化合物的微结构及热电性能的影响

采用新颖的熔体旋甩结合放电等离子烧结技术制备了单相InSb化合物,研究了熔体旋甩工艺对其微结构以及热电性能的影响. 结果表明,熔体旋甩得到的薄带自由面主要由300 nm—2 μm的小柱状晶组成,薄带接触面为非晶或精细纳米晶,薄带经烧结后得到了具有大量层状精细纳米结构的致密块体,尺寸约为40 nm. 与熔融+放电等离子体烧结制备样品相比,在测试温度范围内（300—700 K）,试样的电导率略有下降,但Seebeck系数显著增加,热导率和晶格热导率显著降低,室温下晶格热导率降低幅度约为106%,700 K下晶格热导率的降低幅度达1664%,熔融+熔体旋甩+放电等离子体烧结制备的InSb化合物试样在700 K时其最大ZT值达到049,与熔融+放电等离子体烧结试样相比提高了29%. 关键词： 熔体旋甩 n型InSb化合物 微结构 热电性能     

单壁碳纳米管晶格热导率的理论计算

基于线性波尔兹曼输运方程和碳纳米管的色散关系,本文研究了声子散射的Umklapp和Normal过程同时存在时单壁碳纳米管的晶格热导率,以及温度、管长和管径对它的影响.结果表明:N过程的影响在高温不能忽略;对(10,0)管而言,在低温下其导热率随温度升高迅速增大,在90 K附近达到最大值,然后逐渐开始下降;热导率与管长L的关系是κ∝ L1/2;在相同管长和温度下,热导率随管径的减小而增大.     

AgyIn3.33–y/3Se5化合物结构和热电性能

本文使用静态扩散法结合常规X射线粉末衍射和电子探针技术,在Ag-In-Se体系中发现了Ag_yIn_3.33-y/3Se₅新化合物.其结构属于三方晶系,空间群为P3m1,是二维层状结构,单层晶胞由9个原子量子层按照Se1-In1-Se2-In2-Se3-Ag/In3-Se4-In4-Se5顺序排布构成,层间由弱范德瓦耳斯力结合.烧结的块体样品表现出强烈的取向性,在平行压力方向上具有极低的晶格热导率(在873 K为0.15 W·m^-1·K^-1).这种本征低的晶格热导率主要源于材料的低声速和低频光学支声子与声学支声子强耦合作用.Ag_yIn_3.33-y/3Se₅样品表现为n型传导,室温下电导率约为4×10~4S·m^-1,Seebeck系数约为-80μV·K^-1,样品在宽温度范围内均表现出较好的电传输性能,在450—800 K范围内的功率因子为5μW·cm^-1...     

二维Mo2C的晶格热导率的第一性原理研究

Mo2C是构建Mxene基器件的重要材料之一,对Mo2C二维材料声子输运的理解非常必要。文章结合第一性原理方法和声子玻尔兹曼输运方程,研究了二维Mo2C材料的晶格热导率。研究表明,室温下二维Mo2C导热系数非常低,其锯齿方向和扶手椅方向的晶格热导率分别为7.20 和 5.04 W/mK。计算了声学振动和光学振动模式对晶格热导率的贡献,揭示总热导率主要由面内声学横波的振动模式所贡献。还进一步计算了声子群速度、声子弛豫时间、三声子散射空间和模式格林艾森参数,发现二维Mo2C中的声子群速度和声子弛豫时间对晶格传输有重要的影响。     

Gamma-ray bursts at high and very high energies

Gamma-Ray Bursts (GRBs) are extra-galactic and extremely energetic transient emissions of gamma rays, which are thought to be associated with the death of massive stars or the merger of compact objects in binary systems. Their huge luminosities involve the presence of a newborn stellar-mass black hole emitting a relativistic collimated outflow, which accelerates particles and produces non-thermal emissions from the radio domain to the highest energies. In this article, I review recent progresses in the understanding of GRB jet physics above 100 MeV, based on Fermi observations of bright GRBs. I discuss the physical implications of these observations and their impact on GRB modeling, and I present some prospects for GRB observation at very high energies in the near future.     

高频大功率磁绝缘线振荡器的理论设计

初步考虑了高频率与高功率的磁绝缘线振荡器的设计问题。用在阴极端头增加发射电流的办法,在C波段理论得到了1.16GW的微波输出功率。利用增加高次谐波的办法在X波段理论获得了270MW的功率输出。     

高频大功率磁绝缘线振荡器的理论设计

 初步考虑了高频率与高功率的磁绝缘线振荡器的设计问题。用在阴极端头增加发射电流的办法,在C波段理论得到了1.16GW的微波输出功率。利用增加高次谐波的办法在X波段理论获得了270MW的功率输出。     

Characteristics of urea under high pressure and high temperature

The properties of urea under high pressure and high temperature(HPHT) are studied using a China-type large volume cubic high-presentation apparatus(CHPA)(SPD-6 × 600).The samples are characterized by scanning electron microscopy(SEM), x-ray diffraction(XRD), and Raman spectroscopy.By directly observing the macroscopic morphology of urea with SEM, it is confirmed that the melting point of urea rises with the increase of pressure.The XRD patterns of urea residues derived under different pressures show that the thermal stability of urea also increases with the increase of pressure.The XRD pattern of the urea residue confirms the presence of C_3H_5N_5O(ammeline) in the residue.A new peak emerges at 21.80°, which is different from any peak of all urea pyrolysis products under normal pressure.A more pronounced peak appears at 708 cm~(-1) in the Raman spectrum, which is produced by C–H off-plane bending.It is determined that the urea will produce a new substance with a C–H bond under HPHT, and the assessment of this substance requires further experiments.     

高气压大电流放电条件下的电极烧蚀

归纳了影响开关电极烧蚀量的因素,包括开关电极材料、放电条件等,分析了开关电极烧蚀特征与烧蚀后表面形貌,总结了开关电极烧蚀的主要机制电极加热和电极材料去除机制。为了延长开关工作寿命,提出了减少开关电极烧蚀的措施,包括选用抗烧蚀性能优异的材料作为开关电极材料、采用合适的开关电极结构和优化的放电条件等。     

Hardness of materials at high temperature and high pressure

The intrinsic character of the correlation between hardness and thermodynamic properties of solids has been established. The proposed thermodynamic model of hardness allows one to easily estimate hardness and bulk moduli of known or even hypothetical solids from the data on Gibbs energy of atomization of the elements or on the enthalpy at the melting point. The correctness of this approach is illustrated by an example of the recently synthesized superhard diamond-like BC₅ and orthorhombic modification of boron, γ-B₂₈. The pressure and/or temperature dependences of hardness were calculated for a number of hard and superhard phases, i.e. diamond, cBN, B₆O, B₄C, SiC, Al₂O₃, β-B₂O₃ and β-rh boron. Excellent agreement between experimental and calculated values is observed for temperature dependences of Vickers and Knoop hardness. In addition, the model predicts that some materials can become harder than diamond at pressures in the megabar range.     

高气压大电流放电条件下的电极烧蚀

归纳了影响开关电极烧蚀量的因素,包括开关电极材料、放电条件等,分析了开关电极烧蚀特征与烧蚀后表面形貌,总结了开关电极烧蚀的主要机制电极加热和电极材料去除机制。为了延长开关工作寿命,提出了减少开关电极烧蚀的措施,包括选用抗烧蚀性能优异的材料作为开关电极材料、采用合适的开关电极结构和优化的放电条件等。     

Low-power decoupling at high spinning frequencies in high static fields

We demonstrate that heteronuclear decoupling using a Phase-Inverted Supercycled Sequence for Attenuation of Rotary ResOnance (PISSARRO) is very efficient at high spinning frequencies (ν_rot = 60 kHz) and high magnetic fields (900 MHz for protons at 21 T) even with moderate radio-frequency decoupling amplitudes (ν₁^I = 15 kHz), despite the wide range of isotropic chemical shifts of the protons and the increased effect of their chemical shift anisotropy.     

一种新型的高功率高频率同轴渡越时间振荡器

 提出了一种高频率和高功率的渡越时间振荡器,并且对其进行了理论和数值研究。这种振荡器采用同轴结构，功率容量大，不需要外加引导磁场聚焦电子束，波束相互作用区短，保持了传统渡越时间振荡器在结构上的简单性和输出信号的稳定性；运用电压为225kV和电流为11kA的电子束进行模拟，在X波段获得了峰值功率为1.4GW，频率为8.335GHz的微波输出。