采用同步辐射研究极高非静水压下材料强度对压力标定的影响

This project aims to the foundational and long-standing problem about accurate pressure calibration in high pressure science and technology.First,the mechanics properties of some pressure calibration materials and sample materials,such as bulk modulus,shear modulus,Yang’s modulus and yield strength,will be investigeted using in situ high pressure technology with diamond anvil cell and synchotron radiation X-ray radial and axial diffration. We will investegete that the sample materials with different mechanices properties influence accurate pressure calibration of pressure marker.The mechanism and relationship between isostress transmission and isostrain transimission also will be investegeted.Final,the sample materials affecting pressure calibration will be evaluated, and we will propose the method of accurate pressure calibration.If the project is perfomed, It will promote the development of high pressure science and technology and affects the relative fields,such as condensed matter physics,Chemistry, materials science,earth science, planetary science.

项目运用同步辐射对在极高压下压力的准确标定开展研究。压力的准确标定是高压科学与技术领域中长期存在的一个基础性难题。我们将采用金刚石压砧同步辐射径向、轴向X射线衍射高压原位技术，对压标物质和样品物质高压下的力学性质，如体弹模量、切变模量、杨氏模量及屈服强度等进行准确测量。在此基础上对不同力学特性的样品物质对压标物质标定压力值的影响开展研究，着重研究高压腔中等应力传递和等应变传递的形成机理和相互关系。通过研究，对压标物质标压受样品物质影响的诸多因数进行评估，提出运用压标物质准确标压的最佳方法。若这一基础性问题获得解决，将是高压科学和技术领域的一个重要成果，对推动高压技术的发展具有深远的意义，并将深刻地影响到与该领域有密切联系凝聚态物理、化学、新材料、地球科学、行星科学、生物医学以及国防、新能源等领域。

压力的准确标定是高压科学与技术领域中长期存在的一个基础性问题。我们在国家自然科学基金委-中国科学院大科学仪器装置联合基金的资助下开展了为期3年的研究。我们从理论和实验上就解决该问题开展了一系列的研究，取得了很好的成果。第一，我们在大腔体压机上，在5.0GPa以下研究了金属和陶瓷材料在高压下的形变、破碎和致密化过程，得到了材料在挤压过程中的变化规律，并在此基础上获得了烧结致密、强度高的样品材料；第二，采用金刚石压砧同步辐射高压原位X射线衍射技术研究了一些材料（如：金刚石、立方氮化硼、钨、WB、MoB2、YBO3/Eu3+, EuBO3、MoSi2、NaCl、ErF3、Zn2GeO4等）的高压压缩性能。在尽可能相同的条件下获得了一系列材料所对应的静水压压缩曲线、屈服强度及弹性模量,为不同性质的材料混合挤压时，研究其相互作用提供了准确的数据。第三，在金刚石压砧高压腔体中设计了几套样品物质和压标物质的组装方案，采用同步辐射高压原位X射线衍射技术准确的研究了在没有传压介质时，不同情况下样品物质和压标物质所受应力和应变的规律。根据所获得的实验数据，并结合理论分析研究了在高压下，材料压缩过程中应力和应变的变化关系，获得了实现高压腔中不同材料之间等应力传递和等应变传递的条件，确定了实现准确标压的方法。第四，以铂为压标物质，分别以金刚石、立方氮化硼作为样品物质进行压标物质与样品物质体积比分别为5％:95％；15％:85％;35％:65％;50％:50％混合组装进行实验。实验发现：当体积比低于15%:85％时，标定压力出现了偏差，体系由等应力压缩转变为等体积压缩，从实验上验证了我们的结果。最后用此方法进行了一些材料高压压缩实验，获得了满意的结果。通过这一系列的研究，已经基本研究清楚了在没有传压介质条件下，影响标压的因素，获得了准确标压的方法。在这期间以本基金标注发表论文10篇，其中SCI收录论文6篇,EI、核心期刊4篇,还有几篇正在投稿中。