高压下铝的Grüneisen参数的实验测量

 采取突然加压的方法，测量在施压过程中产生的温度变化，从而直接决定物质的格留乃森（Grüneisen）参数。第一次在固体传压介质中进行该种实验，并在高达3.5 GPa的压力范围内，直接测量了铝的格留乃森参数随压力的变化。     

40GPa压力范围内铜和铝的准等熵压缩线

 基于自行研制的磁驱动准等熵压缩加载实验装置CQ-1.5,利用全光纤位移干涉仪（Doppler Pins System, DPS）、激光速度干涉计（Velocity Interferometer System for Any Reflectors, VISAR）两种测试手段,以及反积分数据处理方法,实验测量了40 GPa压力范围内T1铜、LY12硬铝和L1纯铝3种材料的准等熵压缩线,将实验准等熵压缩线与基于Grüneisen状态方程的理论等熵压缩线和冲击Hugoniot线进行了比较。结果表明,在该压力范围内,实验准等熵压缩线与理论等熵压缩线相一致,两者偏差小于3%;实验准等熵压缩线靠近冲击Hugoniot线,位于其下方,与国外文献发表的结果相同,进一步表明,实验测量结果正确可靠。     

百吉帕压力下固态氩的状态方程

 利用最新的X光衍射实验数据和Ar原子的弹性散射实验结果，得到了Ar原子间的相互作用和350 GPa下的固态氩的状态方程。这个状态方程可以作为超高压力下的压标。在150 GPa以上的压标，是目前高压研究中急需的。固态氩既可作为准静水压传压介质，又可作为高压X光衍射中的压标使用。本文计算了固态氩的Grüneisen参数、Debye特征参数、定容比热和等温体模量随压力的变化，压力范围为0~150 GPa。     

南丹铁陨石冲击绝热线和状态方程的研究

 用二级轻气炮作为加载工具，对南丹铁陨石进行了冲击压缩线测量，压力范围为62~208 GPa。用阻抗匹配法得出的南丹铁陨石冲击波速度D与粒子速度u之间的关系为：D=3.884+1.840u-0.12267u²（km/s），还据此确定了考虑到晶格非谐振项贡献的南丹铁陨石的三项式Grüneisen状态方程。     

利用VISAR测量LY12铝在冲击压缩下的声速

 介绍了利用VISAR技术测量受冲击压缩LY12铝的高压声速的方法。平板对称碰撞实验在冲击波物理与爆轰物理实验室的二级轻气炮上进行,峰值应力约为20、32、55和71 GPa。每发实验中,VISAR同时使用三种条纹常数测量LY12铝和单晶LiF窗口的界面粒子速度剖面。从三种条纹常数计算的界面粒子速度剖面相互符合,完全一致。实验信号具有很高的信噪比,表明样品与窗口之间的界面连结和处理技术非常成功。这种测量技术不仅能够得到初始加载应力下的纵波声速,而且能够得到声速沿着卸载路径的变化。将声速的塑性段外推到初始冲击加载压力即得到该压力下的体积声速。LY12铝的声速测量结果与假定ργ为常数条件下用Mie-Grüneisen状态方程计算的结果符合得很好。     

BaCuO2.5在高压下的状态方程与电学性质

 在活塞-圆筒式高压装置上研究了BaCuO_2.5在4.5 GPa内的p-V关系,给出了其状态方程、Grüneisen参数γ₀、零压体弹模量B₀以及B₀的压力导数B′₀。并在金刚石压砧装置（DAC）上测量了样品的电阻、电容随压力变化的关系,结果表明在0~20 GPa内没有发生相变。     

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。     

用Hugoniot数据计算高压状态方程

 提出了利用Hugoniot数据、变形Morse势和Grüneisen模型来确定固体材料的高压状态方程的方法。该方法物理意义明确,表达式简洁。用此方法计算Au的高压状态方程,将所得的状态方程与Sesame数据库中Au的状态方程进行比较,发现在密度20~28 g/cm³内两者吻合较好,相对误差在0~10%的范围内,表明运用Hugoniot数据结合Grüneisen模型计算材料的状态方程是很适合的。     

用冲击压缩数据计算物态方程的一种方法——Grüneisen系数最优化

 本文给出了一种用冲击压缩数据计算Grüneisen物态方程参数的方法。它使Grüneisen系数沿实验冲击绝热线的计算值与晶格振动理论的计算值达到最优拟合，给出了23种金属的冷能，冷压公式中的ρ_0K、Q和q以及Grüneisen系数的结果。用这些参数算得的冲击绝热线与实验冲击绝热线之间的平均相对偏差在1%以内。     

Grüneisen系数与铝的高温高压状态方程

基于Gray金属三相状态方程模型,分别采用ργ=常数,Gray,GRIZZLY的Grüneisen系数模型和从头算给出的Grüneisen系数,系统计算了铝的熔化曲线、等熵压缩线、等温压缩线和等熵卸载线,计算结果与实验数据比较表明;在冲击压力约为500GPa的宽广压力范围,GRIZZLY Grüneisen系数模型是最适合描述铝的热力学特性的形式,ργ=常数模型次之,在高压区,Gray和从头算的Grüneisen系数的计算结果与实验值差距较大. 关键词： Grneisen系数 状态方程 铝     

Evidence of a fcc-hcp transition in aluminum at multimegabar pressure

The structure phase transition and the equation of state (EOS) of the third-period simple metal Al were investigated at pressure up to 333 GPa by powder x-ray diffraction experiments. The theoretically predicted fcc-hcp transition was observed at the reduced volume V/V0 of 0.509(1), corresponding to the pressure of 217+/-10 GPa. From the obtained pressure-volume data, the pressure derivative of the bulk modulus K0' for the EOS of fcc-Al was determined to be 4.83(3) by fitting to the Vinet formulation with a fixed value 72.7 GPa of K0 obtained from previous ultrasonic experiments.     

埃洛石的Birch-Murnaghan状态方程和高压物性

 用欧拉有限应变理论分析了埃洛石的冲击Hugoniot实验数据,得到了其低压相和高压相的等熵体积模量K_0S及其对压力的一阶导数K′_0S。对低压相,在γ＝0.43(ρ₀/ρ)时,K_0S＝32.16 GPa,K′_0S＝7.17;对高压相,在γ＝1.0(ρ₀/ρ)^1.5、且相变能各取579.1 J/g（常压下的值）和1 000 J/g时,K_0S、K′_0S分别为103.28 GPa 、4.97和95.85 GPa、5.35。根据高压下物性参数的跃变,讨论并分析了其各个相区物质组成的差异。     

铝的等温状态方程

 采用原位高压同步辐射X射线衍射技术,利用金刚石对顶砧（DAC）装置产生高压,选用高纯NaCl粉末作为传压介质与标压物质,在室温下、21.5 GPa的压力范围内,测定了铝的等温状态方程。利用Murnaghan方程对实验结果进行了数值拟合,得到铝的零压体弹模量及其一级压力导数分别为B₀=(77±2) GPa,B₀′=4.8±0.3。该结果同相关文献资料报导的值在误差范围内符合得很好,略显得较大,这是由于传压介质NaCl的非静水压效应所致。在实验所达到的压力范围内,未发现明显的相变迹象。     

Atomistic Simulation of the Equation of State of SrF 2 Using Electron Gas Interionic Potentials

We have determined the equation of state (EOS) of SrF 2 in the cubic (C1, Fm3m ) and orthorhombic (C23, Pbnm ) phases using Electron Gas Interionic Potentials (EGIP) that incorporate many-body energy components. Thermal effects are included by means of a quasi-harmonic Debye model. The zero pressure unit cell length ( a 0 ), lattice energy ( E latt ), bulk modulus ( B 0 ), and EOS of the C1 phase are predicted in good agreement with the observed data. Moreover, the computed EOS satisfy very well the empirical Vinet EOS. Fittings of m / m 0 m p data ( m = a, b, c ) to linear forms of the Vinet EOS reveal that SrF 2 (C23) is more compressible along the b and c axes than along the a direction. Finally, the {\rm C1}\rightleftharpoons {\rm C23} transition is predicted to occur at p t =3.92 GPa, which is between the observed direct ( p t =5.0 GPa) and reverse C1 ( p t =1.7 GPa) phase transitions.     

顽火辉石(Mg0.92,Fe0.08)SiO3的冲击相变和高压状态方程及其地球物理意义

 用阻抗匹配法和电探针技术在48~140 GPa冲击压力范围内对化学组分为(Mg_0.92, Fe_0.08)SiO₃、初始密度为3.06 g/cm³的天然顽火辉石进行了冲击压缩实验。根据本工作13发实验数据，结合McQueen等人的数据可以看出，(Mg_0.92, Fe_0.08)SiO₃顽火辉石在冲击压缩过程中，大约经历三个明显区域：低压相区，压力范围为0~40 GPa；混合相区，压力范围为40～67 GPa；高压相区，压力范围为68～140 GPa。在低压相区，D-u关系已由McQueen给出；而在高压相区（68～140 GPa），可由本实验数据得到。由叠加原理计算得到的混合物(Mg_0.92, Fe_0.08)O(Mw)+SiO₂(St)的D-u关系及p-ρ关系曲线明显偏离了实验数据的拟合曲线，从而排除了在高达140 GPa冲击压力下，钙钛矿结构的(Mg_0.92, Fe_0.08)SiO₃发生向氧化物化学分解相变的可能性。对高压相区的实验数据进行拟合，可以得到(Mg_0.92, Fe_0.08)SiO₃钙钛矿的Grüneisen参数γ。通过三阶Birch-Murnaghan有限应变状态方程，由冲击波实验数据得到了零压等熵体积模量K_0S=259.6(9) GPa及其对压力的一阶偏导数K′_0S=4.20(5)，其ρ₀=4.19 g/cm³。(Mg_0.92, Fe_0.08)SiO₃钙钛矿冲击压缩下的密度数据与PREM密度剖面吻合很好，支持钙钛矿为主要成分的下地幔模型。     

水绿矾的状态方程和高压熔化

 用阻抗匹配法和压电探针技术测量了初始密度为1.714 g/cm³（孔隙率α=ρ₀/ρ₀₀=1.898/1.714=1.107）的水绿矾（FeSO₄·7H₂O）的冲击压缩线,发现其在0～100 GPa范围内存在两个明显相区：含有部分熔融的低压相和完全熔化的高压相。在两个相区内,冲击波速度D和波后粒子速度u可分别描述为：D=0.59+2.06u（u<3.12 km/s）和D=3.18+1.223u（u≥3.12 km/s）。从冲击压缩数据出发,用欧拉有限应变理论得到了其等熵状态方程。其熔化方程可用p_m(GPa) =0.159(T_m(K)/1000)^6.3371+0.69来近似描述。     

与Al发生扩散反应的非晶(Fe0.99Mo0.01)78Si9B13晶化

 高压下与Al发生扩散反应的非晶(Fe_0.99Mo_0.01)₇₈Si₉B₁₃（FMSB）的晶化产物与纯FMSB的不同。与Al反应的FMSB非晶在3.0~5.0 GPa、780~900 K热处理时,晶化为α-Fe(Al)和次亚稳非晶合金;在这一压力范围以外,720~900 K热处理时,晶化为α-Fe(Si)、Fe₃B或Fe₂B。与Al发生反应的FMSB非晶可能通过与Al的扩散反应在Al/FMSB界面开始晶化。压力和温度对晶化过程的影响主要是由于α-Fe固溶体的Gibbs自由能随压力、温度和Al含量的变化。     

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。     

氧化镍（绿镍矿）等温压缩及高压相变研究

 本文采用DAC（金刚石压砧高压腔）装置，对氧化镍进行了静水压、非静水压、电导率测量等系统高压实验，获取了氧化镍等温压缩、高压相变及电导率压力效应的新结果，并在实验数据的基础上，对其高压相变与电性及磁性变化关系及体弹性模量作了分析讨论。     

动高压下拉格朗日声速的测定及其应用

 通过实时记录冲击加载—再加载和冲击加载—卸载波的粒子速度剖面,得到了再加载和卸载波在93W合金中传播的拉格朗日声速。通过拉格朗日声速从准弹性到纯塑性的转化,获得了材料在一次冲击终态时的剪应力、剪切模量以及考虑了剪应力修正后的93W合金的冲击绝热关系。