第三章高压条件下的材料合成.ppt

第三章高压条件下的材料合成
高压对于不同的领域有着不同的划分标准:
地球科学方面,高温高压划分为:
次高温高压,100-500℃,100-300MPa;
高温高压,500-1000℃,-;
甚高温高压,1000-1500℃,-;
超高温高压,大于1500℃,
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在有机化学方面,几十个大气压便可称为高压;
在无机水热合成中,高压指的是反应釜内的溶液的自生压力,一般为几十 MPa
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Denis Papin 设计的高压反应釜
十八世纪末的 Papin 反应釜照片
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1680 年,法国人 Denis Papin 制造出世界上第一台高压反应器
反应釜是用青铜制造的,出于安全的考虑,Papin 还在此反应容器上设计了安全阀。
Bridgeman P W 以毕生精力发展了高压技术,开创了高压下物质的相变和物理性质的研究领域;
1946年, Bridgeman 获得诺贝尔奖,引起人们对高压合成新物质、新材料的关注;
1955年,Bundy F P 等人首次利用高压手段人工合成出只有地球内部条件下才能形成的具有重大应用价值的金刚石后,新物质的高压合成工作出现研究热潮;
Wentorf 利用高压方法合成出自然界未发现的与碳具有等电子结构的、硬度仅次于金刚石的立方氮化硼,使高压合成引起人们的格外重视
第三章高压条件下的材料合成
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1999 年,Abelson P 杂志上的一篇文章将超高压列为当今能够导致重大科学与技术发现的五种最为重要的实验技术之一(激光、核磁共振、同步辐射、质谱、超高压)
第三章高压条件下的材料合成
在实用上,最有效的方法却几乎都是用各种方式挤压某个物体来产生高压条件。利用外界机械加载方式,通过缓慢逐渐施加负荷挤压所研究的物体或试样,当其体积缩小时,就会在物体或试样内部产生高压强。
为了挤压某个物体,首先要有一个或几个施加载荷的可动部件,称为“压头”、“压砧”或“顶锤”,以及一个或多个不动的抗压构件,如抗压垫板、压砧和圆筒形的压缸等。
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大腔体高温高压装置一般利用油压机作为动力,推动高压装置中的高压构件,挤压试样产生高压。它研究的样品体积一般较大(一般在毫米量级),并能够产生很高而且均匀的温度(最高可达3000K),压力梯度小,压力范围在几GPa~几十GPa。
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DAC 装置可以产生高达几百万大气压的压力
通过对金刚石施加载荷来获得高压。
金刚石具有良好的光学窗口、导热、绝缘等性质,还可以与同步辐射光源X射线衍射、Raman 散射、红外光谱
、核磁共振、荧光光谱、穆斯堡尔谱等测试设备联用,开展高压原位条件下的物质相变、高压合成和物理性质等方面研究。
目前 DAC 装置广泛采用的加热方法是激光加热。
高压作为一种典型的极端物理条件能够有效地改变物质的原子间距和原子壳层状态,作为一种特殊的研究手段,在物理、化学及材料合成方面有特殊的重要性
利用高压手段不仅可以帮助人们从更深的层次去了解常压条件下的物理现象和性质,而且可以发现常规条件下难以产生,而只有高压环境才能出现的新现象、新规律、新物质、新性能、新材料等,几乎渗透到绝大多数前沿课题的研究中
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