[發明專利]一種小型高壓實驗裝置中的高壓腔裝置

在審

• 申請號: 201811213086.0
• 申請日: 2018-10-18
• 公開（公告）號: CN109289704A
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 張明;高飛;夏仁江
• 申請（專利權）人: 遵義醫學院
• 主分類號: B01J3/04
• 分類號: B01J3/04;B01J3/06
• 代理公司: 遵義市遵科專利事務所 52102
• 代理人: 陳源鴻

一種小型高壓實驗裝置中的高壓腔裝置，包括上氧化鋁壓鉆、下氧化鋁壓鉆、墊片、樣品腔、上碳化鎢基座、下碳化鎢基座、鉬電阻絲、熱電偶、電源，所述上氧化鋁壓鉆和下氧化鋁壓鉆之間設有墊片，墊片的中心設有樣品腔；所述上氧化鋁壓鉆和下氧化鋁壓鉆分別與上碳化鎢基座和下碳化鎢基座相連，上碳化鎢基座和下碳化鎢基座上均設有鉬電阻絲；所述上氧化鋁壓鉆和下氧化鋁壓鉆一側均設有熱電偶，熱電偶通過電線與電源相連。本發明在關鍵部件壓砧的材質的選取，可以大大降低高壓腔的成本，更有利于在廣泛領域開展高壓實驗。

技術領域

本發明型涉及一種高壓實驗裝置，尤其涉及一種小型高壓實驗裝置中的高壓腔裝置。

背景技術

壓力作為物理體系中基本的熱力學參數，對物質的結構和性能有著至關重要的影響。由物理學基本理論可知，在高壓作用下，物質的結構、性質和狀態會發生明顯的變化，這些變化將導致物質的物理性能發生改變。各種元素在高壓下均會展現出不同的價態，相互之間會發生一些新奇的化學反應。高壓研究的進步與高壓設備的發展密不可分，高壓設備分為大型壓力裝置和小型超高壓裝置。大型壓力裝置主要包含兩面頂壓機、四面頂壓機、六面頂壓機及分割球裝置，主要用于合成金剛石。在采用一級壓腔的情況下，大型壓力裝置所能獲得的最高腔體壓力低于12Gpa。當采用多晶金剛石作為二級壓砧時，其可獲得的極限腔體壓力相比于大型壓力裝置，小型超高壓裝置可獲得更高的腔體壓力。現今普遍使用的金剛石對頂砧裝置（Diamond Anvil Cell,DAC）在1986年即可獲得550Gpa的壓力，超過了地心壓力（350Gpa）。此外，小型高壓裝置可以更為方便地與X射線衍射、中子衍射、拉曼光譜等測試方法相結合，開展高壓下物質性能變化的研究。

DAC是最早發展起來的小型超高壓裝置，該技術始于20世紀50年代。1958年，Valkenburg等意識到可以通過金剛石頂砧來觀察樣品腔，從而建立了DAC技術；并通過將DAC放在偏光顯微鏡下，首次完成了高壓結晶形態的觀測。20世紀70年代初，發現了紅寶石熒光R線隨壓力升高而發生線性位移的現象，從而建立了簡便、迅速、可靠的紅寶石熒光測壓方法；通過實驗確定了“采用4∶1的甲醇－乙醇混合液作為金剛石傳壓介質”的DAC傳壓介質技術，該技術有效地減小了腔體溫度和壓力的分布梯度，實現了對金剛石砧面的保護。此外，科研工作者還發明了金屬封墊技術，使DAC壓腔能夠獲得較為均一的腔體壓力分布；通過將激光技術與DAC技術相結合，使DAC裝置的腔體達到了3000K及以上的實驗溫度。通過將DAC技術與物性測量技術相結合，擴展了DAC裝置的實驗范圍。

DAC裝置分為3個部分，即金剛石壓砧、支撐加壓部分和外部機械裝置；其中，金剛石壓砧結構大體相同，而支撐加壓部分與外部機械裝置則差異較大。金剛石壓砧由一對金剛石對頂砧和密封墊組成，通過擠壓放置于密封墊中的樣品來施加壓力；其支撐加壓部分通過活塞圓筒裝置完成，其外部機械裝置將裝配好的活塞圓筒固定在插入式底座上，加壓時首先旋進彈簧螺栓組，通過橫桿將壓力放大數倍后施加于活塞上，再經搖臺使下壓砧向上擠壓，最終使密封墊中心孔樣品室的壓力升高。

DAC裝置采用金剛石作為壓砧，而金剛石是世界上最硬的物質，它有著莫氏硬度為10的出眾性質，作為壓砧無論是光學性質還是硬度都無可比擬，但是唯一的缺點就是價格昂貴，1對實驗中品性良好的金剛石至少要1萬元人民幣。而且在科研中長期總結發現沒有受過長期訓練的實驗操作者，在完成對金剛石壓砧對中調平的過程中沒有足夠經驗，或者不夠細心的情況下，沒有按要求把金剛石對頂的砧面完全調平，就很容易使金剛石在加壓的過程中碎裂。但是調試金剛石完全對中與調平又是一個需要長期訓練的工作．在沒有經驗的情況下就使用金剛石進行調試，有很大概率會損傷金剛石．金剛石一旦有一點破損，就無法繼續進行高壓實驗，而這對金剛石也就無法再利用了。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，從而提供一種小型高壓實驗裝置中的高壓腔裝置。