高温高压下二辉橄榄岩的阻抗谱实验研究

 在1.0～4.0 GPa压力、1 073～1 573 K温度和10^-1～10⁷ Hz频率条件下,利用SARLTON-1260阻抗-增益/相位分析仪,就位测定了二辉橄榄岩的阻抗谱。实验结果表明：二辉橄榄岩的阻抗谱对频率具有很强的依赖性,并从阻抗谱的测试原理（颗粒内部、颗粒边缘、样品与电极间的导电机制）上做出了解释;温度是决定二辉橄榄岩电导率的一个重要物理参数,电导率随着温度的升高而增大,lg σ与1/T之间符合Arrenhius关系式;在高压实验中第一次将压力作为测量二辉橄榄岩电导率重要的约束因素,随着压力的增大,电阻率升高、电导率降低。     

高温高压下蛇纹岩电导率的初步研究

 在压力为2.0和4.0 GPa、温度为373～933 K的条件下,利用交流阻抗谱仪,在0.1～10⁶ Hz的频率范围内测量了蛇纹岩的电导率。实验结果表明：蛇纹岩的复阻抗对频率有明显的依赖性,电导率受温度的影响较大,压力对电导率的影响相对较弱;当温度为690～761 K时,蛇纹岩发生脱水,致使电导率发生突变;脱水前,蛇纹岩的活化能约为0.6 eV,脱水后则高达2 eV。根据测得的电导率和活化能,分析了蛇纹岩脱水前、后的微观导电机制。分析认为,脱水前蛇纹岩的微观导电机制可能与内部二价铁和三价铁之间的电子移动有关,脱水后则可能是离子导电。     

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。     

衬底温度对类金刚石薄膜力学性能的影响

 采用脉冲激光沉积方法在不同衬底温度下制备了最高硬度与弹性模量分别达45 GPa和290 GPa,且表面十分光滑的类金刚石薄膜。在相对湿度为80%的条件下,薄膜最低的摩擦系数与磨损率分别为0.045与5.74×10^-10 mm³·N^-1·m^-1。实验结果表明,硬度与弹性模量随衬底温度升高而降低,摩擦系数与磨损率随衬底温度升高而增大。拉曼光谱表明:在室温下制备的薄膜为典型类金刚石结构,sp³含量高达76.8%,而随温度升高,薄膜结构逐渐经无定形碳结构向纳米晶石墨结构方向发展,sp³含量也随之降低,力学性能变差。     

高压下Li掺杂p型ZnO固溶体的表征

报道了利用ZnO和Li₂O混合物在5GPa, 1200 ℃—1500 ℃条件下, 制备Li掺杂p型ZnO(记作ZnO: Li)固溶体的过程. 研究发现, 高压下温度对于ZnO: Li固溶体的导电类型以及结构具有较大的影响. 其中在1500 ℃条件下烧结的ZnO: Li(Li的掺杂量4.5%)表现出良好的p型电学性能, 其电阻率为3.1× 10^-1Ω·cm, 载流子浓度为3.3× 10¹⁹cm^-3, 迁移率为27.7cm²·V^-1·s^-1. 通过实验及理论计算确定了其受主能级为110meV, 讨论了压力对p型ZnO的形成和电学性能的影响.     

复合应力下泡沫铝屈服行为实验研究

 采用ARCAN双轴加载装置和材料实验机（INSTRON 5544）,对相对密度为8.5%的闭孔泡沫铝（Alporas）进行了不同应变率下的双轴加载实验。在宏观等效应变率为7.0×10^-3~1.0×10^-1 s^-1范围内测得实验屈服面,并与泡沫金属的3种屈服准则进行了比较。比较结果表明：在主应力空间下,实验屈服面与Miller和Deshpande-Fleck屈服准则吻合较好,Gibson屈服准则过小估计了测试泡沫铝的实验屈服面;被测泡沫铝的实验屈服面在宏观等效应变率7.0×10^-3~1.0×10^-1 s^-1范围内对应变率不敏感。     

流体静压力对InSb输运性质的影响

在室温和流体静压力达12500公斤/厘米²下,测量了不同掺杂浓度的n型(5×10¹³—2.3×10¹⁸厘米^-3和p型(2.6×10¹⁴—6.0×10¹⁷厘米^-3)InSb的霍耳系数和电导率。分析结果发现,霍耳系数公式中散射因子随压力而减小,禁带宽的压力系数不是常数;得出禁带宽、载流子浓度、电子和空穴迁移率与压力的关系,并对压力下的载流子散射机构作了初步讨论。     

光纤光栅的压力传感特性研究

对聚合物封装的光纤光栅的压力敏感特性进行了实验研究,在10MPa的压力范围内,光纤光栅中心波长的相对变化与外界压力成良好的线性关系,由于聚合物基底的带动作用,两种不同聚合物封装的光纤光栅的压力灵敏度分别为-3.96×10^-5/MPa和-6.28×10^-5/MPa,提高为裸光栅的20倍和31.7倍。     

光纤Bragg光栅热敏力敏效应研究及应用探讨

本文报道了光纤Bragg光栅热敏力敏效应的实验研究结果,测量所得的光纤Bragg光栅温度系数和应力系数分别为6.84×10^-6/℃和7.27×10^-6/gf,与理论值6.85×10^-6/℃和7.32×10^-6/gf符合得很好.在20～180℃和0～50gf的温度应力测量范围内,光纤Bragg光栅透射谱中心波长移动量同温度应力具有良好的线性关系.基于光纤Bragg光栅的热敏力敏效应,本文还讨论了光纤Bragg光栅温度应变传感器实用化时必须首先考虑的一些关键问题.     

纳米金属Tm的电子浓度研究

电子浓度是与金属的宏观特性相关的重要参数.反射光谱和霍尔效应分别是得出电子浓度和载流子浓度的基本实验.两个纳米稀土金属铥Tm样品(样品1,平均粒径100nm,样品2,平均粒径10nm)的红外---紫外反射光谱实验表明,金属铥Tm表面的反射光学性质具有金属的特征,6s能带具有与碱金属相近的电子浓度n_p,数值分别为2.434×10²⁸/m³和1.701×10²⁸/m³.而样品的霍尔效应实验测得金属Tm的载流子是电子-空穴型的,载流子浓度n_H仅分别为8.032×10²⁴/m³和7.679×10²⁴/m³,仅仅是费米面附近的电子-空穴状态.另外,铥Tm的电导率比半导体的大3个量级.晶粒纳米化使电子浓度n_p减小,电导率σ减小,载流子浓度减小,而霍尔系数R_H增大.     

PbMoO4原位高压拉曼光谱和电导率的研究

 钼酸铅（PbMoO₄）具有高的声光品质因数、低的声损耗、良好的声阻抗匹配等性质，被广泛应用于声光偏转器、调制器、可调滤光器、声表面波器件等各类声光器件，其优异的低温闪烁性能亦引起人们的注意，具有在核设备方面的应用潜力。为探讨其晶体结构和物理性质，在金刚石对顶砧上原位测量了PbMoO₄的拉曼光谱，并测量了其在几个不同压力点下电导率随温度的变化。实验发现，压力在12.5 GPa时，拉曼峰完全消失，说明压力在10.8～12.5 GPa之间PbMoO₄样品出现了非晶态转变。当从26.5 GPa卸压到9.4 GPa时，PbMoO₄的拉曼谱在低波数出现无序化，而在2.4 GPa压力下858 cm^-1峰又重新出现，说明样品结构由无序向晶化回复。压力在10.8 GPa以上时，电导率随着温度的增加而显著增加，且随着压力的增加也明显增加。     

高温高压下黑云斜长片麻岩的电性研究

 在压力1 GPa、温度250~1 100 ℃、频率0.1 Hz~1 MHz的条件下,采用阻抗谱方法,对来自阴山造山带的太古代黑云斜长片麻岩进行了电导率实验研究。实验发现：（1） 所有样品的阻抗谱都是由一个大的高频半圆弧Ⅰ和一个小的被压缩了的低频弧Ⅱ组成,阻抗弧Ⅰ主要代表矿物颗粒内部传导机制,阻抗弧Ⅱ更有可能代表的是样品和电极之间的传导机制;（2） 电导率随温度的变化遵循Arrhenian定律,但在700~750 ℃间有近一个量级的跳跃,通过对比实验前后样品的显微照片和探针分析数据,认为这一电导率的大幅跳跃可能是样品中黑云母发生大量脱水熔融的缘故;（3） 在高温段750~1 100 ℃,部分熔融样品的电导率主要由钠离子传导控制;（4） 在低温段250~700 ℃,样品的激活能为0.53 eV;在高温段750~1 100 ℃,样品的激活能为1.41 eV。激活能的改变可能与样品的结构变化有关,还与样品和熔体中钠的含量以及扩散有关。     

高温高压下β相硼的电导率测量

 硼在高压下具有复杂的结构和多样的物理性质,对其结构和性质的深入研究具有很重要的意义,一直引起理论和实验研究领域的关注。高压下进行电学性质测量是获得物质物理性质的有效手段,利用集成在金刚石对顶砧上的微电路,在高压下和两个不同温度范围内对β相硼进行了电导率测量,分析了导电机制随压力的变化规律。在0～28.1 GPa范围内,β相硼的电导率随着压力的增大是逐渐增大的,卸压后样品的电导率不能回到最初的状态,是一个不可逆的变化过程;由室温到423 K的范围内,β硼的电导率随着温度的不断增加有明显的上升趋势,并且随着压力的升高,电导率变化逐渐加快。此外,对样品在14.5 GPa和18.6 GPa压力下,用溅射到金刚石对顶砧上的氧化铝薄膜做绝热层,对样品进行了激光加热实验,最高温度达到2 224 K,电导率随着温度的上升而增大,结果显示,β相硼的电学特征仍然属于半导体的特征范围内。     

Electrical conductivity of MgCO3 at high pressures and high temperatures

The electrical conductivity of polycrystalline magnesite (MgCO₃) was measured at 3-6 GPa at high temperatures using complex impedance spectroscopy in a multi-anvil high-pressure apparatus. The electrical conductivity increased with increasing pressure. The activation enthalpy calculated in the temperature range 650-1000 K also increased with increasing pressure. The effect of pressure was interpreted as being the activation volume in the Arrhenius equation, and the fitted data gave an activation energy and volume of 1.76±0.03 eV and −3.95±0.78 cm³/mole, respectively. The negative activation volume and relatively large activation energy observed in this study suggests that the hopping of large polarons is the dominant mechanism for the electrical conductivity over the pressure and temperature range investigated.     

高温高压下辉石岩的电导率研究

 利用阻抗谱在1.0~2.0 GPa、温度450~792 K条件下、10⁵~12 Hz的频率范围内,对辉石岩的电导率进行了研究,并且分析了测试频率对电导的影响,结果表明,电导率对频率具有一定的依赖性;在复平面上出现了代表颗粒内部的阻抗弧。辉石岩的激化焓为0.661~0.673 eV,样品中较高的铁含量可能是造成本实验电导率较高的主要原因。     

常压烧结和高压合成Nd2-xCexCuO4的结构特征与导电性质

 本文在常压高温和高压高温条件下合成出了Nd_2-xCe_xCuO₄（x=0~0.20）系列样品，对比研究了两种不同条件下合成产物的结构特征与室温至液氮温区的导电性质。测试分析结果表明，高温高压（1.7 GPa，800 ℃，10 min）合成的样品与常压高温（1 000 ℃，10 h）烧结的样品具有相同的四方结构，但晶格常数随掺杂量变化有所不同，高压合成产物的c轴随掺杂量基本不变，而常压烧结样品c轴随掺杂量增加呈下降趋势。两种条件合成的样品在液氮温区均呈现出不同程度的半导体特征，经过一次高温淬火后处理后，高压样品的导电性质明显优于常压样品。实验结果表明，高压可以降低固相反应的合成温度，缩短反应时间，特别是高压的还原作用有利于产物导电性质的改善。     

In-situ control of different oxygen fugacity experimental study on the electrical conductivity of lherzolite at high temperature and high pressure

At pressure 1.0-4.0 GPa and temperature 1073-1423 K and under the control of oxygen fugacity (Mo+MoO₂, Fe+FeO and Ni+NiO), a YJ-3000t multi-anvil solid high-temperature and high-pressure apparatus and Solartron-1260 impedance/Gain-Phase analyzer were employed to analyze the electrical conductivity of lherzolite. The experimental results showed that: (1) within the range of the selected frequencies (10³-10⁶ Hz), either as viewed from the relationship between the real or imaginary part of complex impedance and the frequency, or from the relationship between modulus, phase angle and frequency, it can be seen clearly that the complex impedance has a strong dependence on frequency; (2) with the rise of temperature (T), the electrical conductivity (σ) increased, and Lg σ and 1/T follows the Arrhenius relationship; (3) with the rise of pressure, the electrical conductivity decreased, and activation enthalpy and temperature-independent pre-exponential factor decreased as well. And the activation energy and activation bulk volume of the main charge carrier in the lherzolite have been obtained for the first time, which are 1.68±0.02 eV and 0.04±0.01 cm³/mol, respectively; (4) under the given pressure and temperature, the electrical conductivity tends to increase with increasing oxygen fugacity, and under the given pressure, the activation enthalpy and pre-exponential factor tend to decrease with the rise of oxygen fugacity; (5) at 2.0 GPa and the control of the three solid buffers, Mo+MoO₂, Fe+FeO and Ni+NiO, the exponential factors of electrical conductivity variation range with oxygen fugacity are , and the theoretical model for the relationship between the electrical conductivity of lherzolite and the oxygen fugacity under high pressure has been established for the first time; (6) the electrical conduction mechanism of small polarons provides a reasonable explanation to the variation of conductivity of lherzolite with oxygen fugacity.     

基于电阻抗层析成像的高强度聚焦超声温度监测技术

作为一种对正常组织无损伤且不易引起癌细胞转移的非入侵肿瘤治疗手段,高强度聚焦超声(HIFU)治疗过程中焦域的温度监测是实现剂量精准控制的关键.本文基于生物组织的温度-电阻抗的关系,将电阻抗层析成像(EIT)和HIFU治疗相结合,提出了一种利用组织焦平面的表面电压实现电阻抗重构的检测技术.建立了HIFU治疗和EIT综合系统模型,在考虑组织的声吸收条件下,对三维Helmholtz方程在柱坐标下的声场计算进行了二维简化,并引入Pennes生物热传导方程来计算HIFU焦域的声压和温升分布特性;引入生物组织的温度-电阻抗关系,基于麦克斯韦电磁场理论,建立了具有温度分布HIFU焦域的电流和电压计算模型,利用恒流注入的边界条件实现电场计算,获得焦平面的表面电压分布.在数值计算中,利用实验聚焦换能器参数,模拟了在固定声功率下组织焦域的声场和温度场分布,以及中心和偏心聚焦条件下不同治疗时刻的电导率分布;然后通过对称电极的循环电流注入,计算了组织模型焦平面内的电流密度和电势分布,获得了焦平面圆周分布的表面电极电压;进一步采用修正的牛顿-拉夫逊算法,利用32×32的表面电极电压实现了焦平面内电导率分布的重建.结果表明,基于温度-电阻抗关系的EIT电导率重建技术不但能准确定位HIFU焦域中心,还能恢复HIFU治疗中焦域的温度分布,证明了EIT用于HIFU治疗中温度监测的可行性,为其疗效评估和剂量控制提供了一种无创电阻抗测量和成像新方法.