高压下KMgF_3晶体光学性质的第一性原理研究

本文采用第一性原理的方法,在100 GPa的压力范围内,计算了KMgF_3的理想晶体和含空位缺陷晶体的光学性质.吸收谱数据表明,在100 GPa范围内,压力因素不会导致KMgF_3晶体在可见光区有光吸收行为.钾、镁和氟空位缺陷的存在会使得KMgF_3晶体的吸收边红移(其中氟空位缺陷引起的红移最显著),但这些红移不会导致它在可见光区出现光吸收的现象.能量损失谱数据显示,压力因素不仅会使得KMgF_3晶体的能量损失谱有蓝移的行为,而且还会引起它的较强谱峰个数发生变化.在100 GPa处的缺陷晶体数据指明,氟空位缺陷会导致其能量损失谱的两个较强谱峰的峰值强度明显降低.分析表明,KMgF_3晶体有成为冲击窗口材料的可能,并且本文所获得的结果对未来的实验探究有参考作用.     

相变及空位缺陷对CaF2在高压下光学性质的影响

本文采用第一性原理方法, 计算了CaF2的理想晶体和含钙、氟空位点缺陷晶体在100 GPa压力范围内的光吸收谱和折射率. 吸收谱数据表明, 压力因素诱导的两个结构相变对 CaF2的吸收谱均有影响: 第一个相变将导致其吸收边蓝移, 而第二个相变却引起其吸收边红移. 钙空位点缺陷会使得CaF2的吸收边微弱蓝移, 但氟空位点缺陷却导致其吸收边有显著的红移. 然而, 这些红移的行为并未使得CaF2晶体在250-1000 nm的波段范围内出现光吸收的现象（是透明的）. 532 nm处的折射率数据显示, 在 CaF2的三个结构相区（Fm3m、Pnma、P63/mmc相区）, 其折射率均随压力增大而增加; 同时, 高压结构相变以及氟空位点缺陷也使得CaF2的折射率增大, 但钙空位点缺陷却导致其折射率减小. 数据分析表明, CaF2晶体有成为冲击窗口材料的可能, 本文所获得的信息对未来的实验研究有参考价值.     

液氮冲击压缩特性及其分子离解相变研究

利用液氮制冷技术制取液氮样品 ,以二级轻气炮为加载工具 ,对液氮样品进行平面冲击压缩 ,实验测量了液氮 10～ 6 0GPa一次冲击Hugoniot数据。实验结果显示 ,33GPa以上氮的冲击波速度 -粒子速度关系式与低压段有明显差别 ,表现为氮的压缩系数增大。经理论计算和分析 ,可以认为液氮在冲击压力 33GPa以上 ,液氮体系会发生分子离解相变。     

相变及空位缺陷对SrF2在高压下光学性质的影响

本文采用第一性原理方法, 计算了SrF2的理想晶体和含锶、氟空位点缺陷晶体在100 GPa压力范围内的光学性质. 吸收谱数据表明, 压力因素引起的两个结构相变对SrF2的吸收谱均有影响: 第一个相变将导致其吸收边蓝移, 第二个相变将导致其吸收边红移. 空位点缺陷的存在将使得SrF2的吸收边红移, 其中氟空位点缺陷引起的红移行为更显著. 尽管如此, 这些红移并未使得SrF2晶体在可见光区出现光吸收的现象(是透明的). 波长在532 nm处的折射率数据指明, 在SrF2的三个结构相区, 其折射率均随压力的增加而增大, 且SrF2的高压结构相变也使得其折射率增大. 锶空位点缺陷将导致SrF2的折射率降低, 但氟空位点缺陷的存在对其基本没有影响. 分析表明, SrF2晶体有成为冲击窗口材料的可能.     

相变及空位缺陷对高压下BeO光学性质的影响

为了探究BeO晶体能否成为冲击波实验中的候选窗口材料,本文采用密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,计算了150 GPa的压力范围内BeO理想晶体和含氧空位点缺陷晶体的光学性质.吸收谱数据显示,BeO高压结构相变对其吸收谱的吸收边几乎没有影响.并且,在150 GPa压力范围内,BeO理想晶体在可见光区没有光吸收行为.氧空位点缺陷的存在将使得其吸收边出现明显的红移现象,但在可见光区仍然没有光吸收(是透明的).波长在532 nm处的折射率数据表明:在BeO的WZ和RS结构相区,其折射率会随着压力增加而缓慢降低,而高压结构相变和氧空位缺陷将使得其折射率显著增大.计算数据分析表明BeO有成为冲击窗口材料的可能,并且本文所获信息将对未来进一步的实验有重要参考价值.     

Fe/FeO/FeS混合物的Hugoniot线研究

 在50～210 GPa的压力范围内,用二级轻气炮和电探针技术对平均密度ρ₀＝(6.69±0.06) g/cm³的三组元Fe/FeO/FeS（质量分数分别为58.96%、35.83%、5.21%）混合物的Hugoniot线进行了实验测量,所得的Hugoniot参数为：C₀＝(3.97±0.07) km/s,λ＝1.58±0.03。该混合物Hugoniot线的实测结果与用体积可加性原理计算得到的相同组分混合物的Hugoniot线的符合性很好;根据实验数据还计算了混合物的0 K等温压缩线,发现它与体积可加性原理对单质Fe、FeO和FeS的0 K等温压缩线的计算结果相一致,证明了实验结果的合理性与体积可加性原理的适用性,也表明了此混合物在冲击压缩过程中没有发生过可察觉的化学反应。研究结果亦为今后对外地核各种浓度比Fe-O-S体系候选组分高温高压物态方程及物性的进一步研究奠定了基础。     

Experimental Measurement for Shock Velocity—Mass Velocity Relationship of Liquid Argon Up to 46 GPa

Shock properties of liquid argon were measured in the shock pressure up to 46 GPa by employing the two-stage light gas gun. Liquid nitrogen was used as coolant liquid. The cryogenic target system has been improved to compare with the previous work. Shock velocities were measured with self-shorting electrical probes. Impactor velocities were measured with an electrical-magnetic induction system. Mass velocities were obtained by mean of shock impedance matching method. The experimental data shows that the slope of experimental Hugoniot curve of liquid argon begins to decrease above 30 GPa.     

金刚石-碳化硅超硬复合材料的冲击强度

不同于延性介质,脆性介质的失效破坏严重制约着材料的强度.本文采用一种定量描述脆性介质力学性质的格点-弹簧模型,研究了金刚石-碳化硅超硬复合材料的冲击强度及其细观损伤机理,有助于避免灾变破坏、提高冲击强度.在模型中,通过构建不同体积分数比的金刚石和碳化硅两相复合材料,模拟获得了经受冲击波压缩形变后的宏观波剖面,显示出随着金刚石颗粒含量增加,冲击强度逐渐增大,而后减小;对应于这种变化,损伤演化分析揭示出存在三种细观损伤模式,当金刚石颗粒含量在10%—50%范围内增加时,长距离扩展滑移带占主导;当金刚石颗粒含量为70%时,滑移带已由长距离扩展演化为短细滑移带,损伤主要来自于碳化硅基体,多数金刚石颗粒未发生损伤;当金刚石颗粒含量超过70%的临界值后,短细滑移带也将被强烈限制,应力集中致使金刚石颗粒被严重损伤,冲击强度下降.研究结果为优化设计金刚石-碳化硅超硬复合材料以及制备新型抗冲击材料提供了物理认知.     

液氦冲击压缩特性的理论计算

 用量子力学修正的WCA液体变分微扰理论计算了液氦冲击压缩曲线，计算中体系分子间相互作用势选择EXP-6有效两体势模型，两体势参数通过对实验数据的拟和优选。计算结果在一次冲击压力范围内，冲击温度及压力与Nellis等人的实验数据符合很好，二次冲击数据与实验值稍有偏差，但也在其误差范围内，由于二次冲击只有一个实验点，因此实验数据不能提供更多的信息以供比较。计算结果表明与其他分子间相互作用势相比，选择α值为12.7的EXP-6势更为准确地反映了液氦分子间的相互作用。     

高温高压下过渡金属Ru的结构相变

采用基于密度泛函理论的第一性原理和准简谐晶格动力学方法对Ru的六角密排 (hcp)、面心立方 (fcc)、体心四方 (bct) 和体心立方 (bcc) 结构的磁性、晶格结构稳定性和高温高压下的相变进行了系统的研究. 计算获得了各相结构的磁性基态及其稳定性范围, 结果表明: 零温下在计算的压力范围内, NM-hcp 结构是Ru最稳定的结构, 压力的单独作用下并没有相变的发生; NM-fcc结构是Ru的亚稳定结构, 而NM-bcc和FM-bct结构在动力学上并不稳定. 高温高压下Ru将发生从NM-hcp到NM-fcc结构的相变, 并给出了Ru的温度压力相图. 关键词： 相变 晶格稳定性 磁性 第一性原理