[发明专利]一种小型高压实验装置中的高压腔装置

说明书

一种小型高压实验装置中的高压腔装置，包括上氧化铝压钻、下氧化铝压钻、垫片、样品腔、上碳化钨基座、下碳化钨基座、钼电阻丝、热电偶、电源，所述上氧化铝压钻和下氧化铝压钻之间设有垫片，垫片的中心设有样品腔；所述上氧化铝压钻和下氧化铝压钻分别与上碳化钨基座和下碳化钨基座相连，上碳化钨基座和下碳化钨基座上均设有钼电阻丝；所述上氧化铝压钻和下氧化铝压钻一侧均设有热电偶，热电偶通过电线与电源相连。本发明在关键部件压砧的材质的选取，可以大大降低高压腔的成本，更有利于在广泛领域开展高压实验。

技术领域

本发明型涉及一种高压实验装置，尤其涉及一种小型高压实验装置中的高压腔装置。

背景技术

压力作为物理体系中基本的热力学参数，对物质的结构和性能有着至关重要的影响。由物理学基本理论可知，在高压作用下，物质的结构、性质和状态会发生明显的变化，这些变化将导致物质的物理性能发生改变。各种元素在高压下均会展现出不同的价态，相互之间会发生一些新奇的化学反应。高压研究的进步与高压设备的发展密不可分，高压设备分为大型压力装置和小型超高压装置。大型压力装置主要包含两面顶压机、四面顶压机、六面顶压机及分割球装置，主要用于合成金刚石。在采用一级压腔的情况下，大型压力装置所能获得的最高腔体压力低于12Gpa。当采用多晶金刚石作为二级压砧时，其可获得的极限腔体压力相比于大型压力装置，小型超高压装置可获得更高的腔体压力。现今普遍使用的金刚石对顶砧装置（Diamond Anvil Cell,DAC）在1986年即可获得550Gpa的压力，超过了地心压力（350Gpa）。此外，小型高压装置可以更为方便地与X射线衍射、中子衍射、拉曼光谱等测试方法相结合，开展高压下物质性能变化的研究。

DAC是最早发展起来的小型超高压装置，该技术始于20世纪50年代。1958年，Valkenburg等意识到可以通过金刚石顶砧来观察样品腔，从而建立了DAC技术；并通过将DAC放在偏光显微镜下，首次完成了高压结晶形态的观测。20世纪70年代初，发现了红宝石荧光R线随压力升高而发生线性位移的现象，从而建立了简便、迅速、可靠的红宝石荧光测压方法；通过实验确定了“采用4∶1的甲醇－乙醇混合液作为金刚石传压介质”的DAC传压介质技术，该技术有效地减小了腔体温度和压力的分布梯度，实现了对金刚石砧面的保护。此外，科研工作者还发明了金属封垫技术，使DAC压腔能够获得较为均一的腔体压力分布；通过将激光技术与DAC技术相结合，使DAC装置的腔体达到了3000K及以上的实验温度。通过将DAC技术与物性测量技术相结合，扩展了DAC装置的实验范围。

DAC装置分为3个部分，即金刚石压砧、支撑加压部分和外部机械装置；其中，金刚石压砧结构大体相同，而支撑加压部分与外部机械装置则差异较大。金刚石压砧由一对金刚石对顶砧和密封垫组成，通过挤压放置于密封垫中的样品来施加压力；其支撑加压部分通过活塞圆筒装置完成，其外部机械装置将装配好的活塞圆筒固定在插入式底座上，加压时首先旋进弹簧螺栓组，通过横杆将压力放大数倍后施加于活塞上，再经摇台使下压砧向上挤压，最终使密封垫中心孔样品室的压力升高。

DAC装置采用金刚石作为压砧，而金刚石是世界上最硬的物质，它有着莫氏硬度为10的出众性质，作为压砧无论是光学性质还是硬度都无可比拟，但是唯一的缺点就是价格昂贵，1对实验中品性良好的金刚石至少要1万元人民币。而且在科研中长期总结发现没有受过长期训练的实验操作者，在完成对金刚石压砧对中调平的过程中没有足够经验，或者不够细心的情况下，没有按要求把金刚石对顶的砧面完全调平，就很容易使金刚石在加压的过程中碎裂。但是调试金刚石完全对中与调平又是一个需要长期训练的工作．在没有经验的情况下就使用金刚石进行调试，有很大概率会损伤金刚石．金刚石一旦有一点破损，就无法继续进行高压实验，而这对金刚石也就无法再利用了。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，从而提供一种小型高压实验装置中的高压腔装置。