同步辐射与高压矿物学研究

同步辐射(synchrotron radiation)装置是能产生极高亮度电磁波的一类大科学装置。利用同步辐射和金刚石压腔(DAC)技术,可以研究矿物在高压下的结构和物理性质及其变化。文章简要介绍了同步辐射光源及其特点,对DAC和高压实验技术的相关问题进行了说明,并基于北京同步辐射装置(BSRF)高压站的能量色散X射线衍射(EDXD)实验状况,对获得的部分高压矿物学研究成果,如钙钛矿CaTiO3、硬玉、钛闪石、电气石、绿帘石等矿物的高压结构和状态方程进行了回顾。

同步辐射激光加温DAC技术及在地球深部物质研究中的应用

实验室模拟地球深部的温度和压力环境,研究地球相关材料的物理和化学性质,是解释地震波数据、进一步了解地球内部结构和动力学过程的重要途径。用高功率的红外激光光束,加温金刚石对顶砧压腔(DAC)中的样品,可以获得深部地幔乃至地核的极端温度和压力条件,已广泛地用于地球深部矿物的相变、熔融和状态方程研究。同步辐射微束技术的发展,为激光加温DAC技术的应用开辟了新的领域,也使地幔及地核条件下的矿物研究有了重要的突破。文章介绍激光加温DAC技术的发展;阐述高温高压原位的同步辐射X射线衍射方法;例举激光加温DAC技术在地球深部物质研究中的一些应用;并对一些关键的技术问题加以分析和讨论。

橄榄石的等温状态方程

利用金刚石对顶砧(DAC)高压装置产生高压,使用16∶3∶1的甲醇、乙醇和水混合液体作为传压介质,在室温下,40 GPa的压力范围内,对橄榄石(olivine)进行了原位高压同步辐射能量色散X射线衍射(EDXRD)研究。实验结果表明,在所研究压力范围内,采自张家口大麻坪天然新鲜橄榄石的结构稳定,未见相变和压致非晶现象发生。用Birch-Murnaghan方程对测得的V-p数据进行了数值拟合,当K′T0=4时,橄榄石的零压体弹模量为KT0=141.3±3.2 GPa。

高压下天然菱铁矿的压缩性和电子结构研究

采用同步辐射光源和金刚石对顶砧（DAC）技术,对天然菱铁矿的压缩性和电子结构进行了原位X射线衍射（XRD）和X射线吸收近边结构谱（XANES）测试研究。在室温下随着压力逐渐升高至50.2 GPa,菱铁矿保持方解石型结构不变,但是逐渐向Na Cl型结构转变;刚性[CO3]^2-基团平行于ab-平面定向排列使c轴的压缩性大于a轴。菱铁矿在44.6～47.1 GPa之间发生电子由高自旋态（HS）向低自旋态（LS）的转变,表现为体积塌陷8%。HS菱铁矿的等温状态方程参数为K0=112（5）GPa和K＇0=4.6（3）。首次采用XANES技术对菱铁矿中Fe^2＋的电子结构进行了研究,结果表明：随着压力升高至37.3 GPa,Fe^2＋的配位和局域对称并未发生明显变化;此后电子结构开始转变,Fe^2＋的3d轨道分裂能降低,电子跃迁概率增大,呈现LS特性。

百吉帕超高压下Ag的X光衍射实验和研究

详细地介绍了百吉帕超高压实验的方法和步骤。实验是在具有杠杆式的金刚石对顶压砧（ＤＡＣ）高压装置上完成的。以Ａｇ为样品，进行百吉帕超高压下Ｘ光衍射的实验研究。最高压力达１２１ＧＰａ，并获得了若干有意义的实验曲线和结果。

顽火辉石的高温高压同步辐射研究

采用同步辐射能量色散X射线衍射技术、激光加热技术和金刚石对顶砧(DAC)高压装置,在温度为2 000 K和压力为23 GPa的范围内,对采自地幔二辉橄榄岩中的顽火斜方辉石,进行了原位的高温高压能量色散X射线衍射(EDXRD)测量。实验结果表明:当压力为15.3 GPa、温度为1 600 K时(相当于地球内部410 km处的地震波不连续界面的温压环境),顽火斜方辉石转变为橄榄石的β相———瓦兹利石(Wadsleyite)相;继续加温加压至2 000 K、23 GPa时(相当于地球内部670 km处的地震波不连续界面的温压环境),顽火斜方辉石相变为钛铁矿(Ilmenite)结构和钙钛矿(Perovskite)结构的混和相。实验结果进一步证明,在地幔中存在的两个地震波不连续界面是由橄榄石、顽火斜方辉石等矿物的相变引起的。

金刚石对顶砧中密封垫的探究

讨论了五种密封垫材料(铼、不锈钢T301、金刚石、铍、硼)的优缺点及应用,从纯度、表面光滑度、硬度三方面研究讨论了国内外铍密封垫的差异.研究结果表明,国外的密封垫XRD物象比较纯,硬度为3.3GPa,表面光滑度很好;国内的密封垫中含有少量BeO,硬度为2.1GPa,导致在超高压下国内的铍密封垫不能做高于50GPa的压力实验.

Philips DDR系统及临床应用评价

作为常规X线摄影直接数字化设备的品牌公司PHILIPS的DDR产品,本文对其系统结构、和性能作了介绍,并对其临床使用的状况进行评价,最后阐述了针对两项使用缺陷进行技术改造、网络连接及购置时需要考虑的问题。

高压对钴酸锂的晶体结构和离子导电率的影响

采用金刚石对顶砧(DAC)高压产生装置,结合同步辐射X射线衍射(XRD),对钴酸锂(LiCoO2)粉末样品进行室温下原位高压X射线衍射实验,最高压强达到20.3GPa。研究结果表明:在20.3GPa下,LiCoO2的晶体结构非常稳定,并没有发生结构相变;在20.3GPa范围内测量了晶体沿不同晶轴a、c方向的压缩比,发现LiCoO2沿c轴方向的压缩率是沿a轴方向的4.5倍;使用二阶Birch-Murnagha方程拟合出钴酸锂样品的等温状态方程。另外还采用高压原位交流阻抗谱技术(EIS),测量了不同压强下钴酸锂中锂离子导电率,最高压强达到16.8GPa时,发现在实验的压强范围内,随着压强的增加,离子导电率减小。最后将高压下锂离子的电导率与钴酸锂的晶体结构进行联系,进一步阐述了高压下钴酸锂的微观结构和电学性能之间的关系。

高压下铁的电导率及X射线衍射研究

用四点电极法及磁控溅射结合光刻集成电极的方法,测量了铁在25 GPa压力下的电阻随压力的变化;用微区X射线衍射仪原位测量了铁在25 GPa压力下晶胞参数随压力的变化关系。实验结果表明,铁在13.7 GPa时发生相变,由体心立方相转变为六方密堆相,在18.1 GPa时相变结束。利用高压下铁的电阻数据,结合X射线衍射结果,推导出铁的电导率随压力的变化关系。