超高压技术DAC装置的问世及发展

本世纪五十年代出现多种静高压发生装置。其中以Bridgman对顶砧及Dfickazner等改进的 bridgmM 容器占主导，最高压力可达20--30GPa。由于选择强度高的优质材料做加载部件是提高压力的关键之一．故人们自然想到用最硬的材料—— 金刚石做压砧。1950年美国的Lawson和Tang首先使用两个单晶金刚石和一个徽型活塞，做成一个高压腔，进行高压x光衍射研究图 1。可惜的是，这次尝试之后，用金刚石做压砧来产生高压，几乎被人们遗忘了。直到1959年美国芝加哥大学的3amieson和Lawson等人用金刚石做了类似

于Bridgn-am容器的装置，得到Bi在3 GPa的x射线衍射图2。同年，美国国家标准局(theNational Bureau of Standards- NBS)的Weir等人设计了一套金刚石压砧容器．以后又做了改进，达到了16 GPa的压强。之后，为产生较高静水压的需要而引入的金属封垫技术及红宝石R线测压技术等，对DAC的发展起了重暮作用，使DAC压砧技术的应用得到很大发展。1978年，H．K．Mao(毛河光)和P．M．Bell在金刚石压砧容器中达到了172GPa压力 ]。1986年，他们在卡内基研究所地球物理实验室获得了超过360 GPa(地心的最大压强)的静压强一550 Gp 。这一静压强的达到．标志着近代高压技术又向前发展了一步。

超高压技术DAC装置及实验技术

2．1 工作原理

图1为DAC装置工作原理示意图。同时推动两个金刚石压砧时，置于两平行金刚石压砧平面之间的样品就受到压力的作用。因压砧顶部直径很小(约0．3 ram)，故可达到较高的压力。

2．2 装置结构

由于产生和调节压力的机构不同，DAC装置有多种类型。现仅以Mao-Befl型为例．对

其结构作一简介。

图2 1为装置整机图。当顺时针拧紧螺栓时，Bellcvf1]~弹簧垫8受到压缩，并通过杠杆臂5和推力块3将活塞1向圆筒2中推进．使分别置于活塞和圆筒上的两块金刚石压砧受到挤压，同时使置于压砧之间的佯品受到高压作用。图3为该装置的核心部分—— 活塞和圆筒的剖视图。

放置金刚石压砧的上下摇床1、2，系由硬质合金加工 上下摇床中央均有一锥形通光孔，压砧的中心要求与锥孔的中心共轴。粘好金刚石的上下摇床披分别置于圆筒和插塞的半圆柱形摇床槽中，并用摇床槽上的顶丝将摇床固定。做实验前，经仔细调整， 使上下压砧“对中”，并使两压砧面达到光学级平行(两压砧之间无等厚干涉条纹)。 调节方法：即调节摇床槽中的顶丝·为调 对中”，需使摇床沿 、 轴移动；为调“平行”，需使摇床分别沿z、y轴转动。

注：此处图片整理中

金刚石对顶砧是高压科学研究中普遍使用的静高压产生装置。利用金刚石的透明特性，几乎所有与光谱相关的高压下原位探测都可以借助金刚石对顶砧来实现。然而，在基于金刚石对顶砧的高压下原位电学性质测量方面，还有一些关键的方法和技术问题有待解决，其中电导率的准确测量是重要的环节和基础。目前，采用四探针方法是测量电导率的唯一方法。但是在高压条件下，由于金刚石对顶砧内空间狭小，四探针方法所需的实验条件无法满足，必须进行修正才能得到准确的数据，这导致样品的尺寸成为电导率计算必须使用的参数，需要在高压下进行原位测量。这些量的测量不但难度大，而且不可避免引地入误差，影响测量精度。本次申请拟采用新方法，来克服高压下样品尺寸的原位测量问题，即通过在金刚石压砧上增加参考电极，借助连续介质的有限差分方法，利用多组边界条件，在电导率求解过程中直接消除样品厚度、尺度的影响，建立准确可靠的高压下电导率测量方法。

砧状云（anvil cloud）是雷雨云的顶部冰晶结构，通常单体状，呈马骔状，极象打铁的铁砧而得名，雷雨过后多见。 解释 如果上升气流更强，浓积云云顶即可更向上伸展，云顶可伸展至-15℃以下的高空。于是云顶冻结为冰晶，出现丝缕结构，形成积雨云。积雨云顶部，在高空风的吹拂下，向水平方向展开成砧状，称为砧状云。在顺高空风的方向上，云砧能伸展很远，因而它的伸展方向，可作为判定积雨云的移动方向。