金刚石压腔(DAC)实验合成新型碳酸盐CaC_(2)O_(5)

CaC_(2)O_(5)(以下称为新型碳酸盐)是一种新发现的具有多种原子结构相(同质多相体)的碳酸盐矿物,在高温高压条件下通过金刚石压腔(DAC)实验合成。人们已经发现,新型碳酸盐可在上地幔至核幔边界温度压力条件下稳定存在,不过,目前还没有统一的研究描述其对地球深部组成和波速结构特征及地球内部碳循环的影响。中国地震局地震预测研究所刘雷研究员团队和中国地质大学(北京)毛世德教授团队合作,对6种不同新型碳酸盐同质多相矿物的晶格参数、声子频率、电子性质、弹性模量和波速特征随压力的变化进行了第一性原理模拟研究,并结合新型碳酸盐之间的相变条件和反应,揭示了新型碳酸盐在地球内部的赋存和循环过程,为了解地球内部物质组成提供了新数据支持,也为解释地球内部地震波速异常(地幔660 km和地幔大型低剪切波速)提供了新的参考机制,上述研究成果近日发表于《自然·通讯》。

面向数字孪生的电控喷油器蓄压腔压力信号处理算法

针对构建电控喷油器计量特性数字孪生体的需求,设计电控喷油器蓄压腔压力信号处理算法,包括模数转换、去除毛刺滤波、降噪滤波、数值单位转换和特征值提取等,用于提取蓄压腔压力特征值(t_(m),p_(m))。重点研究降噪滤波算法窗口长度N、迭代次数m等关键参数对特征值提取精度、稳定性及计算时间的影响,确定最佳滤波参数并在全工况范围内开展试验验证,结果表明使用最佳滤波参数的信号处理算法降噪滤波所需时间为3.99 ms,特征提取t_(m)的最大误差为139.9μs,特征提取p_(m)的最大相对误差为0.39%。

六面顶压机立方压腔内压强的定量测量及受力分析

将六面顶压机立方压腔内置入电路,采用原位电阻测量确定Bi,Tl,Ba相变的方法,标定了压腔内不同位置的压力(强).通过标定立方压腔顶锤表面的压力并结合计算,分别得到了外部加载与压腔密封边受力以及合成腔体受力的对应关系.实验分析结果表明,随着外部加载的增加,当腔体压力达到5 GPa时,消耗在压腔密封边上的加载急剧上升,消耗在合成腔体的加载趋于不变,从而导致立方压腔压力达到上限.利用实验结果,分析了立方压腔在高压下的受力状态,解释了立方压腔的压力难以超过7 GPa的原因.结合立方压腔的几何结构,通过理论分析,提出了采用高体弹模量的物质作为传压介质,同时采用低体弹模量的物质作为密封边提高立方压腔压力上限的可行方案.通过定量标定叶腊石压腔轴向的压力梯度,给出了压腔内沿对称轴不同位置压力值的计算方法,此方法可为高压实验提供更精确的压力数据.

金刚石压腔高温高压实验的压力标定方法及其现状

介绍和评论了金刚石压腔中进行高温高压实验时的压力标定方法及其应用条件。其中红宝石和石英压标具有较高的准确度和精度,但前者不适合于高温和含饱和水条件下的标定,且在较低压力下误差较大,后者可用于高温且含水体系的压力标定,但仅适于低于2 0GPa时的压力标定。矿物状态方程是较可靠的方法,但不方便且受条件限制。采用水的状态方程进行压力标定,可以解决压腔中不允许有压标矿物的问题,但在实验过程中要求压腔的体积保持恒定。因此,在采用金刚石压腔进行高温高压实验时,应根据研究需要决定合适的压力标定方法,而且寻找新的压力标定方法仍是金刚石压腔高压实验的基础工作。

金刚石压腔高温高压原位谱学研究的评述

金刚石压腔 (DAC)已经可以达到 5 5 0 GPa的压力和 6 0 0 0 K的温度 ,其高温高压谱学原位测量已经成为现代科学的一种重要的手段和方法。目前利用 DAC可以进行光谱学 (拉曼光谱、红外光谱、荧光光谱 )、衍射 (X射线衍射和 XAFS)、布里渊散射、核磁共振 (NMR)以及穆斯堡尔谱的高温高压原位研究。设计用于各种不同需要的便宜的压腔、合适的谱学测量方法以及压力内标物质是进一步拓宽 DAC应用的发展方向。

热液金刚石压腔在流体包裹体研究中的应用——以川西甲基卡伟晶岩型矿床为例

流体包裹体是赋存在矿物中的流体样品,均一实验是以其研究成岩成矿流体演化的重要步骤和内容。但某些深成岩或矿床中的流体包裹体,如我国川西甲基卡伟晶岩型锂矿中的富CO2包裹体,因具有较大的内压,当利用传统的热台在1个大气压下加热时,容易发生爆裂而无法观测到均一行为和均一温度。因此,本文利用热液金刚石压腔(HDAC),以H2O为压力介质对流体包裹体施加外压,完成了甲基卡矿床No.134号脉石英中富CO2包裹体的均一实验。实验结果表明,随着外压的增大,均一温度呈降低的趋势,说明流体包裹体在被捕获后并非严格的等容,从而警示我们以后再对深成矿床中具有高内压的流体包裹体进行显微测温时应选用HDAC以获得更为可靠准确的数据。补充富CO2包裹体的均一实验数据后,石英中的H2O-CO2-NaCl包裹体表现出良好分异现象,随着均一状态自液态CO2→CO2与H2O临界相→液态H2O相变化,均一温度和盐度也随之降低,且比锂辉石中的包裹体具有更低的盐度和更大的温度变化范围。这些热力学特征说明,在锂辉石型伟晶岩形成过程中,锂辉石和石英先后结晶,分别主要捕获富子晶包裹体和H2O-CO2-NaCl包裹体,同时Li+不断向锂辉石结晶前锋聚集,使参与流体的Li+含量降低,致使石英中流体包裹体的盐度呈现出降低的趋势。

碳硅石压腔在高温高压拉曼光谱研究中的应用

描述了碳硅石压腔的结构和特点。碳硅石压腔主要包括碳硅石压砧、支撑加压系统、加热系统和金属垫片等部分。合成碳硅石的硬度高、热导性好、膨胀系数小、热稳定性好,并且它的晶体颗粒大,透明度好,价格也很便宜,因此是一种很好的压砧材料。还介绍了应用碳硅石压腔对Na2 CO3溶液、Na2 SO4 溶液、水的拉曼光谱进行高温高压原位测量的实例。

金刚石压腔(DAC)实验技术

金刚石压腔实验技术自20世纪50年代发明以来就被广泛应用于高压领域的研究,特别是近年来,随着温度、压力标定技术及各种测试方法的发展,现在已经被广泛应用于物理、化学、地球科学和生物学研究领域。文章通过Mao Bell压腔说明金刚石压腔实验装置的结构及原理。此外,根据温度和压力测定原理,将金刚石压腔的加热装置分为外加热和激光加热,并将压力测量方法划分为三种:(1)矿物谱学压力测定;(2)状态方程压力测量;(3)矿物相变法压力标定。

利用热液金刚石压腔开展扎布耶石(碳酸锂)结晶实验的研究

花岗伟晶岩一般赋存了大量富晶体包裹体,扎布耶石（碳酸锂）是锂辉石中富晶体包裹体内的主要矿物之一,因此,扎布耶石的形成机制和温压条件对富晶体包裹体的捕获条件有重要的指示意义。本文通过热液金刚石压腔（HDAC）开展Li_2CO_3-H_2O体系的结晶实验,9组实验结果表明,扎布耶石的成核温度是550（±30）℃,大约在温度降低15℃后,晶体停止快速生长,而后缓慢生长直至在400（±50）℃完全停止生长。扎布耶石的生长主要集中在550~400℃,而与压力影响不大,处于锂辉石的稳定温度范围内,这佐证了富晶体包裹体中的扎布耶石可以是捕获流体直接结晶形成的晶体。扎布耶石开始结晶后经历了快速生长,导致包裹体内部压力降低,这可能是富晶体包裹体内存在方石英的原因之一。

利用热液金刚石压腔开展黑钨矿结晶实验的初步研究

钨是一种工业用途广泛的稀有金属,主要产于热液型矿床。确定钨元素迁移和沉淀的物理化学条件对于揭示热液型钨矿床的形成机制具有重要意义。本文应用新型热液金刚石压腔(HDAC-VT)开展了(Fe,Mn)WO_4-Li_2CO_3-H2O体系的原位观测结晶实验,9组实验结果表明,黑钨矿晶体的结晶温度集中在560~500℃,结晶压力主要集中在400~200MPa。黑钨矿的溶解度随体系内CO_2组分相对含量的增加而增加;碳酸锂的结晶导致CO_2组分的减少,诱发黑钨矿的快速结晶,这指示出CO_2组分对钨的迁移和沉淀具有重要作用。含矿流体中CO_2组分的散逸可能是黑钨矿沉淀富集成矿的重要因素之一。

有压腔式吸热器内辐射传播过程的Monte Carlo模拟

建立了有压腔式吸热器的光学模型,采用Monte Carlo光线追迹法(MCRT)对吸热器中太阳辐射传播、吸收过程进行了模拟研究。在光线追迹计算中,将非连续多孔结构吸热体中的光线传播过程近似为各向同性均匀连续浑浊介质中的传播过程,并对多孔结构吸热体区域内网格做了局部加密处理,采用非均匀网格统计各个网格吸收的光子能量权值之和,从而在较低计算资源消耗的前提下实现了大尺度非规则多孔结构吸热体内的热流分布计算。计算结果表明,在给定工况条件下多孔结构吸热体所吸收的太阳辐射热流集中于吸热体的顶部区域,局部热通量极值达到了2.87×109W·m-3,而在吸热体的两侧,热通量迅速减小,整个吸热体内的太阳辐射热流分布呈现出极不均匀的特征,从而影响吸热器系统运行的稳定性和安全性。

金刚石压腔(DAC)技术及其在地球科学中的应用

近几十年来金刚石压腔(DAC)技术被广泛应用于高温高压实验研究领域,它可以达到550GPa的压力和6 000K的温度。与其他静高压实验技术(大压力机、高压釜等)相比,金刚石压腔具有独特的优势,它不仅可以进行极端温压条件下物质的结构性质、相变及状态方程等研究,而且可以原位观测整个实验过程。文中简述了金刚石压腔装置的结构及温压测量方法,然后分别从物质相变、矿物溶解度、流体性质和组成、油气成因、稳定同位素分馏系数和布里渊声学测量等方面简要介绍了金刚石压腔技术在地球科学中的研究进展。随着实验技术的不断发展和更新,金刚石压腔技术将具有更广阔的应用前景。

以合成包裹体作压腔进行高温下NaCl-CO_2-H_2O混合流体的拉曼光谱原位分析

用合成包裹体作为压腔 ,用显微激光拉曼探针原位分析了温度达 5 5 0℃的 Na Cl- CO2 - H2 O体系的流体中水的结构。由流体中水的伸缩振动峰的变化可以揭示氢键作用随温度和相态变化。

金刚石压腔结合拉曼光谱技术进行氧同位素分馏的实验研究

应用水热金刚石压腔结合拉曼光谱技术进行石英和方解石间氧同位素的分馏研究。金刚石压腔装置实现体系的高温高压条件,重氧水为提供18O的中间介质。首先给体系加压至500 MPa左右,然后升温至300℃使石英、方解石发生部分溶解,随后快速降至常温使溶解部分重新结晶,从而使矿物和重氧水之间发生同位素交换。拉曼光谱中,物质特征峰的峰强度比值与相应物质的量的比值呈线性相关,结合同位素分馏系数公式计算得出300℃时石英、方解石之间的氧同位素分馏系数为1.0016。此方法操作简便,实验过程采用原位测量方法,不破坏样品,避免了污染,提高了实验精度。实验数据的准确度证明了金刚石压腔结合拉曼光谱法进行稳定同位素分馏的实验研究是可行的。

金刚石压腔结合拉曼光谱技术进行氢同位素分馏的实验研究

应用水热金刚石压腔结合拉曼光谱技术来进行石膏和重水间稳定同位素分馏的实验研究。氢同位素D与H的质量差百分比是所有稳定同位素里最大的,由质量引起的分馏更容易发生,更容易在实验中观测;石膏是浅部地壳重要的含水矿物,它与重水之间的同位素分馏效应对矿物-水体系的同位素平衡分馏研究具有重要意义。常用分馏系数是指两矿物或两物相间的同位素比值之商αA-B=RA/RB。拉曼光谱中,物质特征峰的峰强度比值与相应的物质的量的比值呈很好的线性相关,应用石膏和重水的拉曼特征峰强度比值来表征同位素分馏系数α=I(D-O)/I(H-O)石膏/I(D-O)I(H-O)重水两物相间要达到完全的同位素交换是测定稳定同位素分馏系数的前提。此研究应用化学合成法,增加体系的压力使矿物溶解,然后在不同的温度条件下降压使矿物重新结晶。重新结晶的晶体与流体间达到了完全的同位素分馏平衡,得出不同温度下的同位素分馏系数。相对于前人的研究,此方法的原位测量不破坏样品,避免了污染;同时避免了传统的淬火过程中同位素退化交换作用,达到了完全的同位素分馏平衡。金刚石压腔结合拉曼光谱法进行稳定同位素分馏的实验研究是完全可行的。

电动汽车空调变工况背压腔流场特性研究

鉴于电动汽车空调系统工况具有复杂多变的特点,对其采用的涡旋压缩机背压腔展开变工况特性研究。在考虑平衡块搅动影响的基础上,运用FLUENT滑移网格技术,模拟变工况下不同入口压力的背压腔流场分布特性。结果表明,在变工况下,背压腔流场分布、提供的轴向平衡力和润滑油循环量均发生规律性变化。并提出了将轴向平衡力与轴向气体力变相位协调叠加以达到动涡盘最佳运行状态的新设计方法,使动涡盘所受轴向合力的振幅减少了31%。

立方氧化锆压腔下冰Ⅵ-Ⅶ相变的Raman散射光谱研究

295 K和1.1～3.3 GPa条件下,通过冰Ⅵ-Ⅶ的OH伸缩振动Raman光谱分析,对压力与冰Ⅵ-Ⅶ结构的关系进行了研究.可以看出:(i)在1.1～1.7 GPa范围内,OH的伸缩振动频率随压力升高而降低,dv_1/dp=-66.66 cm^(-1)·GPa^(-1);(ii)压力为2.1GPa时,OH的伸缩振动明显向高频方向移动;(iii)随着压力进一步增大(2.1～3.3 GPa),OH的伸缩振动再次向低频方向移动,dv_1/dp=-22.5 cm^(-1)·GPa^(-1).这是由于压力升高导致d_(OH)增大造成的;而压力为2.1 GPa时,OH的伸缩振动频率的突变则是冰Ⅵ-Ⅶ相变的结果.此外,根据冰Ⅶ的Ⅹ衍射数据,发现d_(OO)与压力存在以下经验公式:d_(OO)=0.0014 P^2-0.042 P+3.0028.

具有双背压腔涡旋压缩机的研制

设计了一种具有两个背压腔的新型自调背压机构，并系统地分析了带有这种自调背压机构涡旋压缩机的工作原理．通过计算涡旋盘端面摩擦损失功率和泄漏量，讨论了这种自调背压机构的主要性能，并对此结构进行了优化分析．试验结果表明，带有新型自调背压机构的涡旋压缩机性能较同类机型有明显提高．

保压腔对异种金属摩擦焊中摩擦过程的影响

两种强度相差较大的异种金属进行摩擦焊接时，使用保压腔是克服由于软金属的大量塑性变形而给焊接过程带来困难的有效手段之一。本文研究了保压腔参数的变化对摩擦压力和摩擦扭矩的影响规律，并在合适的保压腔参数下得到了高强度的紫铜和纯铝的焊接接头。

BN/Re复合压腔的制备及其在聚合氮合成中应用

选取立方氮化硼(c-BN)纳米粉为高温高压下的氮惰性材料,利用金刚石对顶砧对其预压,激光打孔机在预压好的c-BN薄片中心进行成型,形成环状样品腔,"嵌套"在传统的金属铼(Re)压腔内部,制备出BN/Re复合压腔。研究了BN/Re复合压腔在高温高压条件下氮气作为氮源材料合成聚合氮实验中的应用,发现其在134 GPa、2000 K高温高压极端条件下不会与氮气发生化学反应,成功合成出cg-N聚合氮。