稠密氦气物态方程研究

用二级氢气炮作为冲击压缩加载工具和多通道瞬态辐射高温计作为主要测量系统,测量了冲击压缩氦气等离子体的光辐亮度历史（初始温度293K,初始压力为1.2MPa）。根据实测记录信号波形的有关特征量,计算得到了氦等离子体的Hugoniot物态方程（含冲击温度）。结果发现：实测Hugoniot物态方程可用Saha方程加Debye-Huckel修正物理模型解释。     

飞片温升对Hugoniot参数测量的影响

 在格临爱森物态方程框架内建立了一种估算高温材料Hugoniot参数的理论方法，这种方法计算简单，原则上适用于各种固体材料，弥补了BACT方法的缺点。结合一些Hugoniot实验数据研究了实验中飞片的温升对粒子速度的影响。数值计算表明：飞片温升对粒子速度造成的不确定度非常小，因此在数据处理中，假定飞片的Hugoniot参数不变是合理的。     

飞片温升对Hugoniot参数测量的影响

近年来，为了从事在超高压力下的物态方程研究，人们发展了许多加载技术，如：多级驱动、多级爆轰、激光驱动、磁驱动等，这些技术均突破了传统加载装置（化爆、气体炮等）的能力极限。但是，在实验中也出现了一个比较严峻的问题，即飞片在撞击样品（待测材料）前的驱动过程中被加热至较高的温度。飞片作为标准材料，在实验数据处理中需要引入其Hugoniot参数，而这些参数一般是在常温下测量的，称为主Hugoniot参数。飞片被加热后，初始状态偏离了常温态，其Hugoniot参数是未知的。在数据处理中，     

沿等压路径求解疏松材料Hugoniot关系的微分方程组及其求解

 根据固体材料的三项式物态方程和Grüneisen物态方程,导出了沿等压路径求解疏松材料冲击温度和压缩体积随初始密度变化的微分方程组。从体积的微分方程出发,在假定Wu-Jing参量为常数的前提下,导出了冲击压缩体积和体积-焓物态方程的Wu-Jing表达式。采用数值差分方法求解微分方程组,计算了疏松铜的冲击压缩特性,并与文献中部分实验数据进行了比较,特别强调了热电子对冲击压缩体积、冲击温度和Wu-Jing参数的贡献。还讨论了Grüneisen物态方程与Wu-Jing物态方程的内在联系及后者的适用范围。     

200 GPa压力范围内铝和铜的等熵压缩线计算

 将冲击Hugoniot线作为Grüneisen物态方程的参考线,以冲击的初始状态为参考状态,推导得到线性和二次曲线表示的冲击绝热线所对应的等熵压缩线方程,计算了200 GPa压力范围内铝和铜两种材料的等熵压缩线,并且计算了以Hugoniot关系为基础的Appy经验物态方程导出的等熵压缩线。计算结果表明,以Appy经验物态方程导出的等熵压缩线与以线性冲击绝热线导出的等熵压缩线接近,在200 GPa压力范围内两者相差不到1.5%。将计算得到的铝的等熵压缩线与美国Sandia实验室ICE实验Z864数据进行了比较,由线性Hugoniot得到的等熵压缩线与实验数据相差不到1%,由Appy经验物态方程得到的等熵线与实验数据几乎重合,说明在200 GPa压力范围内,以Appy物态方程和以线性Hugoniot为参考来计算的等熵压缩线有较高的精度。     

四参数普适物态方程

多种材料的拉格朗日体模量都符合对压强展开到二阶项的关系。以此为基础,建立了一种四参数物态方程,比三参数物态方程适用压力宽、拟合精度高、外推性能好。方程参数关联一、二、三阶导数,根据Hugoniot方程与等熵方程的导数关系,可以检验动高压与静高压实验数据是否相互适合。方程以统一形式表述冲击、等熵和等温压缩状态,适用于多种材料、全压力区,是一种普适物态方程。公式简单、运算方便,克服了传统的四参数物态方程结构复杂、公式冗长以及参数间高度关联而失去实用意义的缺陷。     

零温物态方程输入参数B_(0K)、B′_(0K)和ρ_(0K)的确定

在对Grüneisen系数高温高压下演化特性不作任何假设的前提下,建立了一种不依赖于等温物态方程具体形式,通过Hugoniot实验数据直接确定0K零压等温体积模量B0K及其对压力的一阶导数B′0K和初始密度ρ0K等0K物态方程输入参数的方法。通过与实验和理论数据的分析和比较,表明用这一方法确定的B0K和B′0K不仅合理,而且具有很高的精度,特别是B′0K的精度,要优于目前传统超声实验的测量精度。此外,这一方法所确定的ρ0K不仅在Gr櫣neisen物态方程的框架内与相应的室温零压特性参数相适配,而且与低温热膨胀实验数据所确定的近0K初始密度ρ0E非常吻合。     

应用Saha方程计算氩等离子体的Hugoniot物态方程

应用Saha模型加Debye-Huckel修正计算氩等离子体的Hugoniot物态方程,温度在10000-30000K之间,压力在0.0133-0.166GPa范围内,非理想参数Γ≈0.38.实验值和理论计算结果符合较好,说明Saha模型加Debye-Huckel修正能较好描述该热力学条件下氩等离子体的热力学行为.     

零温物态方程输入参数B0K、B'0K和ρ0K的确定

在对Gruneisen系数高温高压下演化特性不作任何假设的前提下,建立了一种不依赖于等温物态方程具体形式,通过Hugoniot实验数据直接确定0 K零压等温体积模量B0K及其对压力的一阶导数B'0K和初始密度ρ0K等0 K物态方程输入参数的方法.通过与实验和理论数据的分析和比较,表明用这一方法确定的B0K和B'0K不仅合理,而且具有很高的精度,特别是B'0K的精度,要优于目前传统超声实验的测量精度.此外,这一方法所确定的ρ0K不仅在Gruneisen物态方程的框架内与相应的室温零压特性参数相适配,而且与低温热膨胀实验数据所确定的近0 K初始密度ρ0E非常吻合.     

零温物态方程输入参数B0K、B′0K和ρ0K的确定

在对Grtineisen系数高温高压下演化特性不作任何假设的前提下，建立了一种不依赖于等温物态方程具体形式，通过Hugoniot实验数据直接确定0K零压等温体积模量B0K及其对压力的一阶导数B′0k。和初始密度ρ0K等0K物态方程输入参数的方法。通过与实验和理论数据的分析和比较，表明用这一方法确定的．B0K和B′0k不仅合理，而且具有很高的精度，特别是B′0k的精度，要优于目前传统超声实验的测量精度。此外，这一方法所确定的ρ0K不仅在Grtineisen物态方程的框架内与相应的室温零压特性参数相适配，而且与低温热膨胀实验数据所确定的近0K初始密度ρ0E非常吻合。     

金属冷压方程的数值分析

在金属等温体积模量和冲击波动态压缩实验数据基础上,利用胡-经(HJ)方法计算了57 种金属材料在Born-Mayer(BM)模型中冷压参数q 和Q,同时提出了在没有足够实测冲击波数据前提下结合零温 Thomas-Fermi(TF)模型与低压实验数据计算冷压参数的试探法。组合Faussurier 电子热压模型、Cowan 离子热压模型和以上方法得到的冷压拟合式,通过对Be、Co 和Pb 的计算和实验的冲击绝热数据的对比,分析了HJ 法与综合优选法得到的q 和Q 之间的差异。进一步计算了Sr、Ba 和Sm 材料沿冲击绝热曲线上的热力学量,通过与相应的实测结果以及与其他模型对比来评估HJ 冷压方程的精度。     

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The cold pressure parameters of q and Q in the Born-Mayer(BM) model for fifty-seven metals equations were calculated by using the Hu-Jing(HJ) method based on isothermal bulk moduli of metal and measured data in shock wave experiments, and at the same time a trial method for computing them by combining Thomas-Fermi model at absolute zero-temperature with low pressure experiment data, is put forward for lack of the sufficient shock wave experiment data. By integrating the Faussurier model for electron thermal pressure, the Cowan model for ion thermal pressure and the above obtained cold pressure fitted formula, the Hugoniot curves of Be, Co and Pb are calculated and compared with experimental data, and then the discrepancies of q value and Q value obtained by HJ method and a comprehensive method are analyzed and interpreted. Furthermore, the precision for the cold pressure equation by HJ method is assessed by comparing the thermodynamic quantities on the Hugoniot curves of Sr, Ba, and Sm with the corresponding measured results and the calculated ones by other models.     

直流磁控溅射Cr-Cr2O3复合金属陶瓷薄膜光学特性研究

采用直流反应磁控溅射技术在不同靶电流条件下制备了Cr-Cr₂O₃金属陶瓷薄膜,并利用椭偏仪测量了薄膜的光学常数。采用修正的 M-G (Maxwell-Gannett)理论对不同靶电流条件下沉积的Cr-Cr₂O₃金属陶瓷薄膜的光学常数进行了理论计算,并将理论计算结果与实验数据进行了比较。结果表明：随着靶电流的增加,膜层中金属微粒体积百分比增加,金属微粒的平均半径随之增加,且金属微粒逐渐趋于扁圆形,理论计算结果与实验结果吻合较好。     

Hugoniot curves for mixtures of aluminum and magnesium with oxides

The Hugoniot curves for mixtures of aluminum and magnesium with metal oxides and calcite were calculated in the absence and presence of chemical transformations behind the shock wave front. The calculation results were used to interpret the measured parameters of shock-wave loading and of the attenuation of short-duration shock waves.     

JB-9001钝感炸药冲击Hugoniot关系测试

 利用“压力对比法”实验技术，通过锰铜压力计测试待测炸药样品和LY12铝样品在LY12铝飞片的同时撞击下的界面压力p_exp和p_Al，从冲击波关系式和正交回归直线拟合分析，确定了JB-9001钝感炸药的冲击Hugoniot关系。     

在200 GPa冲击压强下铁是否会发生固-固相变？

 根据Grüneisen物态方程、Hugoniot内能守恒方程和最新发表的铁的热物理参数，计算了ε-(hcp)铁和液态铁的理论Hugoniot曲线。计算的Hugoniot曲线与最新修正的铁的实验数据[J Appl Phys, 2000, 88: 5496]在总体上符合很好，并且可以细分为两个部分：在约低于200 GPa的压强区，用ε-铁模型的计算结果与实验结果符合很好；在约高于260 GPa的压强区，用液态铁模型的计算结果与实验数据也符合得比较好；对介于200~260 GPa之间的压强区，则归属于由ε-铁向液态铁转变的混合相区。这意味着铁的Hugoniot曲线在约200 GPa处出现的微小偏折是由固-液相变引起的，从而否定了Brown [Geophy Res Lett, 2001, 28: 4339]提出的它是一次由ε-铁向另一个未知结构的某个固相铁的相转变的见解。     

Hugoniot线上的一个经验常数——来自多孔材料Hugoniot数据的对比研究

 对不同初始密度样品冲击压缩Hugoniot数据的系统分析显示，对每种固体物质而言存在一个表征材料特性的沿其Hugoniot线不随冲击压力而变的经验常数β。β的数值随材料而异。对金属元素而言，该经验特性常数β与初始密实密度ρ₀之间遵循同一个幂指数关系。利用该常数β，可很方便地对不同初始密度的Hugoniot数据进行换算，并可以很方便地获得Grüneisen参数。还对β值为常数的适用范围作了讨论。     

用于预测疏松材料冲击压缩特性的热力学模型

 在一定的假设条件下，从基本的热力学关系出发，导出了一个新的物态方程表达式。利用这一新形式特态方程所建立的热力学模型，可预测疏松材料的冲击压缩行为。以低、中、高冲击阻抗的铝、铜和钨为示例，将本模型的理论计算曲线与实验冲击压缩数据比较，表明本模型的在宽广的压力范围内具有良好的普活性；对不同初妈密度，疏松材料的冲击压缩行为均显示出较为满意的理论经历测能力；与现有的其它疏松材料物态方程模型相比，本模型在理论上和实际应用中均具有较大的优越性。     

用于描述W-Cu粉末混合物冲击压缩行为的p-α与p-λ模型适用性

研究了3种p-α模型和p-λ模型在预测非均质W-Cu混合粉末冲击压实响应的适用性。利用Mie-Grüneisen方法和Barry等压混合法,基于单质W、Cu粉末的Hugoniot关系预测了同孔隙度的W-Cu混合粉末的Hugoniot线,在高压段与实验结果符合较好,但在低压段与实验偏差较大。分别应用3种p-α模型和p-λ模型对实验结果进行拟合,发现除p-α PL模型外,其他模型均较好地描述W-Cu混合粉末的冲击压缩响应,受经验参数选择的影响,所有模型的压溃强度和压缩路径各不相同,预测功能较差。