基于反射率的动高压加载下温度测量方法

The light reflective characteristics of metal material are determined by electrical conductivity, dielectric constant and so on. Under dynamic high pressure, electric conductivity and dielectric constant of metal material will be changed, therefore the light reflective characteristics of metal will also be changed. Research on the reflective characteristics of metal material under dynamic high pressure，and performing the calibration experiments on the relation between temperature and reflectivity,it is very capable of developing a new method for the temperature measurement, which is used from room temperature to 1500K in shock loading condition, and the quasi-isentropic compression condition.In this project, the light reflective characteristics of metal material under dynamic high pressure loading will be studied both theoretically and experimentally. It includes to build theoretic model, to prepare experimental samples, to perform the calibration experiments, to establish the relation between temperature and reflectivity, to perform the dynamic high pressure loading experiments, and to obtain the temperature data based on the relation between temperature and reflectivity.

金属材料的光反射特性由电导率、介电常数等物理量决定。在动高压加载下，金属材料的电导率、介电常数等将发生变化，使得材料的光反射特性也随之变化。研究金属材料在动高压加载下的光反射特性，进行材料温度与反射率关系的准确标定，极有可能发展一种适用于冲击加载下室温到1500K温度范围内，以及准等熵压缩下材料温度的测试技术。本项目将从理论和实验两方面研究金属材料在动高压加载下的光反射特性，建立理论模型，制备样品进行温度与反射率关系的定标实验，给出温度与反射率的定标关系，开展材料动高压加载实验，基于定标关系获取温度数据。

温度是表征材料热力学状态的一个重要参量。从近年来迅速发展的材料准等熵压缩研究进展来看，温度数据的缺失是制约其实验数据用于状态方程和本构关系的重要障碍。同时，冲击压缩中利用辐射高温计等仅能对1000K以上范围的温度进行测量。目前，准等熵压缩和冲击压缩低温段材料温度信息的获取一直是材料动高压物理领域的难点之一。.本项目基于Drude金属电子气模型，在电导率中引入压力常数，建立了温度和压力对金属材料光反射变化特性影响的理论模型，在可见光波段范围内，进行了压力和温度因素对金属材料反射特性的影响与分析，筛选出了对反射率对压力不敏感的金属材料，用于温度反射率关系的定标。利用DAC装置，开展了压力对金属材料反射特性影响实验，结果表明20GPa范围压力对Au的反射率影响可忽略不计。通过实验与分析，确定了适用于动高压加载下，获取材料温度信息的反射率测量用金属材料为Au，以及探测光束波长可为488nm。利用激光作为加载源，完成Au膜反射率与温度定标。利用磁驱动准等熵加载装置和电炮装置，开展了动高压加载下Au膜反射率变化实验，结果表明，在准等熵加载过程中，Au膜在4GPa压力变化过程中，488nm波长的反射率变化达10%，变化趋势为单调递增。.本项目旨在利用某种金属材料反射率与温度的对应关系，探索建立适用于动高压加载条件下一种基于该材料反射率变化的主动式瞬态温度测量方法。从研究结果来看，基于Au在动高压加载下的反射率变化，可以建立用于获取准等熵压缩及冲击压缩下低温段过程中金属材料温度信息的测量方法。通过这一方法获取材料的温度信息，不仅对于准确表征材料在动高压加载下的物理状态，以及深入研究状态变化物理过程有着重要意义，同时鉴于材料状态方程对温度参量非常敏感的特点，还可为校验理论状态方程模型有效性、以及确立完全状态方程的提供重要参量。这无疑将对材料动高压物理深入研究起到推动、促进作用。