金刚石砧压槽（diamond-anvil cell）

理工学科分为几类~

理工科专业大全 理工科专业分为理、工、农、医四个学科门类，各学科专业设置如下： 一、理学 1． 数学类 ：数学与应用数学；信息与计算科学 2． 物理学类：物理学；应用物理学 3．化学：化学；应用化学 4． 生物科学类：生物科学；生物技术

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把样品放在金刚石砧之间，开始是从外部用螺旋推进加压（图1-3）。两粒钻石级的透明金刚石的顶部要被磨制得严格平行，边部具小的角度（图1-4）。样品装在不锈钢的垫衬内，样品中掺有红宝石粉末，利用高压下红宝石发出的荧光的强度测定压力，用能透过金刚石的激光给样品加热。即使是金刚石，在这样的高压、高温下也容易变形。为了防止金刚石砧的变形，后来改用含氮金刚石，减少金刚石砧的面积，改变边部的倾角。到1984年这种装置的压力已达2800kbar（Yoder，1984）。初始的金刚石砧压槽是上、下对面加压，现在发展到从八个方向给样品加压，这就是比较常用的MA8-型装置，又称复式压砧（multianvil apparatus）。MA8-型装置由2000吨压机上的导块来驱动、加压（Herzberg et al.，1990），工作原理是把单轴压力负荷通过八个碳化钨压砧传送到样品上，每个碳化钨压砧呈立方体，每个立方体都有一个角顶被削掉呈现为三角形平面，当八个立方体的三角形平面相对时就构成一个八面体的空隙，装有样品的八面体压力组件（pressure assembly）就安置在这个八面体空隙中。MA8-型装置中心的八面体压力组件如图1-5所示。该八面体组件（Dalton et al.，1998）由95%MgO+5%Cr₂O₃组成，边长18mm；样品放在白金管中，加热元件是石墨炉；石墨炉与样品管之间有MgO相隔，石墨炉内上下为Al₂O₃充填，Al₂O₃并成为热电偶的封套；热电偶的上部还安有ZrO₂的顶塞。另一方面，人们把X射线分析技术与金刚石压力装置结合起来，在高温、高压实验的同时进行原位（in situ）X射线分析（图1-6）。利用研究核物理的同步加速器加速电子，加到所需要的速度后再去轰击金属靶，经过处理后能得到单色性极好、强度极强的X射线。这就是同步辐射技术（Synchrotron radiation）。利用这种装置可以在较短的时间内把金刚石压砧装置中的高温、高压相的相变结果直接鉴定出来，免去了淬火的中间过程。这里应该提到的是华人科学家H.K.Mao与他的同事在20世纪70～80年代利用他们设计的金刚石压砧装置做出了令人注目的成绩。其中一个例子是他们在室温条件下（25℃）对氢气加压到650kbar，通过金刚石窗口连续观察到气态氢变成液态氢、进而再变成透明的固态氢。在世界上第一个获得室温固态氢，并对单晶氢利用同步辐射X光源进行了结构分析。在更高的压力下这些透明固态氢逐渐变成棕褐色的固态氢，最终变成金属氢。这一开创性成果为人类研究行星内部结构、探索宇宙发展奥妙提供了科学依据。同时由于金属氢的超高密度、超导电性能有极大的经济价值（Mao et al.，1979）。他认为，高压研究在21世纪将成为自然科学的重要分支（Mao，2002）。

图1-3 金刚石砧压槽剖面图

图1-4 金刚石砧压槽样品室的纵剖面图（上）和平面图（下）

图1-5 压力组件（pressure assembly）的结构

图1-6 原位测定MA-6/8高压装置

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