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.     

Evidence of polymorphic transformations of Sn under high pressure

The high-pressure polymorphs and structural transformation of Sn were experimentally investigated using angledispersive synchrotron x-ray diffraction up to 108.9 GPa. The results show that at least at 12.8 GPa β-Sn→bct structure transformation was completed and no two-phase coexistence was found. By using a long-wavelength x-ray, we resolved the diffraction peaks splitting and discovered the formation of a new distorted orthorhombic structure bco from the bct structure at 31.8 GPa. The variation of the lattice parameters and their ratios with pressure further validate the observation of the bco polymorph. The bcc structure appears at 40.9 GPa and coexists with the bco phase throughout a wide pressure range of40.9 GPa–73.1 GPa. Above 73.1 GPa, only the bcc polymorph is observed. The systematically experimental investigation confirms the phase transition sequence of Sn as β-Sn→bct→bco→ bco + bcc→bcc upon compression to 108.9 GPa at room temperature.     

160 GPa压力范围内重新标定的红宝石压标

 在同一理论框架内,基于冲击Hugoniot和热力学参数计算了Al、Cu、W、 Au、Pt、Ta、Ag、Mo、Ni、Co和Zn的300 K等温压缩线,并结合现有静高压实验数据,在160 GPa压力范围内重新标定了红宝石压标。所采用的两种红宝石压标形式的标定结果分别为A=1 923.4 GPa、B=9.75和m=1 889.0 GPa、n=5.48,两者具有非常好的自洽性,200 GPa压力范围内确定的压力偏差小于2.1 GPa。基于提出的红宝石压标,重新计算了3组Au等温压缩实验的加载压力。固定等温体模量为167 GPa,重算的实验数据拟合至Vinet物态方程所得等温体模量对压力的一阶偏导为5.95,与超声实验数据非常吻合。     

SEPARABILITY OF SPECIFIC VOLUME IN THERMODYNAMIC EQUATION OF STATE

A type of system, in which the specific volume can be divided into several parts according to its Hamiltonian, has been obtained in a grand ensemble. The main character of such a system is that its Hamiltonian is absolutely separable. We also discuss the partial specific volume contributed by thermoelectrons in metals under a free-interaction approximation, and the corresponding Wu－Jing parameter is obtained as a simple example.     

热力学物态方程参数的统计力学表示

从统计力学出发,在晶格谐振近似模型下重新导出了吴强经福谦(吴经)热力学物态方程,给出了该物态方程参数,即吴经参数R的表示式,致使对物态方程的计算不再依赖Grüｎｅｉｓｅｎ系数.同时将由新参数计算出的冲击绝热线与用原参数计算得到的作比较,二者相当一致,表明统计模型给出的参数有效. 关键词： 物态方程 疏松材料 冲击绝热线 晶格热振动     

Bulk sound velocity of porous materials at high pressures

A correction of Walsh's method for bulk sound velocity calculation for shocked porous materials is accomplished based on the Wu－Jing thermodynamic equation of state. The corrected bulk velocities for solid and porous samples with low porosities are in good agreement with the corresponding experimental data published previously. On the basis of this corrected equation, the influence of thermoelectrons on the bulk velocity of shocked materials is discussed in detail at pressures of 50, 70 and 200 GPa. Some interesting phenomena are revealed, which seem to be the unique features of a dynamic-pressure-loading process and could not be found in static experiments.     

T-p分布在高压物态方程中的应用

 简单讨论了T-p分布对以压力为自变量的物态方程的描述，并给出了其在自由体积模型和液体谐振子模型中的应用，得到了这些模型中的吴-经参数的具体表示式。     

多孔材料温压状态方程计算简要评述

多孔材料是一种重要的结构和功能材料,在过滤、催化、屏蔽和冲击防护等重要工程领域具有广泛的应用。多孔材料的物理力学行为极其复杂,虽然经过多年研究,但是仍未完全理解其在极端条件下的响应行为。以冲击加载下多孔材料的压力和温度变化特点为例,对目前常用的几种具有代表性的以密实材料Hugoniot为参照线的多孔材料物态方程模型进行深入分析,并对多种模型的优劣进行比较,在此基础上提出了一种分段处理多孔材料冲击波数据的方法。以多孔Cu为例,展示了该方法的有效性。这种方法将为发展更为精细严格的多孔材料状态方程理论提供有益的参考。     

氢的高压奇异结构与金属化

在极端压缩状态下,氢呈现出丰富的物理及化学变化,其结构与相图揭示了凝聚态物质高压行为的典型特征,在天体物理和新材料研究中有重要应用。本文简要回顾了金属氢概念的提出,以及直至最近几年的研究进展,分析总结了高密度氢研究中的一些核心问题和发展态势。利用密度泛函理论计算和状态方程模型分析,综合探讨了氢在高压下复杂的原子结构、分子氢离解区域附近的复杂行为、金属氢的亚稳定性和可回收性,以及"DAC+冲击"加载方法在金属氢研究中的优势与不足等问题。结果表明:通过快速或缓慢的压力释放回收金属氢的高压相到常压是几乎不可能的;高压下氢的复杂行为给实验和理论研究带来了巨大挑战,特别是离解区域附近理论与理论、实验与实验、以及理论与实验之间的结果都存在巨大差异,暗示当前通用的实验测试方法和常用的多电子理论计算方法还存在很大的改进空间。     

高压下金属铌熔化曲线的分子动力学模拟

铌作为一种高熔点的金属,广泛应用于制作合金材料. 铌的高温高压熔化曲线对于铌基合金的实际应用具有重要影响,但目前还未被成功研究. 本文中,我们采用铌目前已有的嵌入原子相互作用势函数（EAM）,通过经典的分子动力学方法,模拟了铌的熔化曲线. 两相法和改进Z方法的熔化曲线几乎完全一致,与Z方法的结果稍有差异. 我们也比较了尺寸效应对铌熔化曲线的影响. 我们认为,铌的现有的势函数描述其高压特性时不再适合,后续需要构建精确的温度和压强依赖的相互作用势函数来研究铌的高压特性.