[发明专利]一种基于微波技术的高压下物质金属化转变检测装置及检测方法

说明书

本发明涉及一种基于微波技术的高压下物质金属化转变检测装置及检测方法，检测装置由微波发生器、微波传输线、DAC检测单元和参数检测装置构成，DAC检测单元有输入端和输出端，微波发生器通过微波传输线与DAC检测单元的输入端连接，将微波信号输入谐振腔中传播会发生来回反射，当波长与谐振腔尺寸匹配时，发生谐振；参数检测装置通过微波传输线与输出端连接。本发明将微波谐振腔与金刚石对顶砧相结合用于高压下检测物质金属化转变进程，提高了装置的抗干扰能力；在检测时不需要探针电极与被测物体进行直接接触，所用微波的功率较低，产生辐射极少，不产生污染，垫片和样品替换方便，普适性强，广泛应用于高压科学的物质金属化转变研究。

技术领域

本发明属于高压物质金属化转变检测技术领域，具体涉及一种基于微波谐振技术研究高压下物质金属化转变的检测装置及检测方法。

背景技术

高压物理学是研究物质在极端压力作用下物理行为的学科，高压下能够获得物质结构和性质，对其他学科有重要的推动作用，如地球科学、凝聚态物理、化学、材料科学和生物科学等。金属化转变是指物质从非金属态变成金属态的现象，这种转变通常对应着结构相变，材料的物性也会随之改变。1925年英国物理学家伯纳耳提出：任何材料在足够大的压力下都可能变成金属，这是高压所产生的一种特有相变。近代高压物理的发展，证明了它的正确性，相应的相变压力称为金属化压力。反之逆过程，金属态转变成非金属态的现象，就是金属化转变的逆过程，也可以称之为非金属化转变。

高压实验检测物质金属化转变的技术有很多，如声波、磁场、电性、X射线和γ射线等，其中电学方法检测是最直接有效的手段。其中，高压电学检测方法主要是利用金刚石对顶砧(DAC)与四探针法结合，揭示物质高压下相变的结构特征和导电机理。

《铁的高压电学及结构相变研究》公开了采用四柱型DAC装置，使用在DAC砧面上布置金属引线和磁控溅射及光刻的方法，在DAC砧面上集成四点电极，进行了75μm细铁丝的高压电学研究，采用红宝石荧光技术对压力进行标定，结果表明样品在14.3GPa发生相变，电阻发生明显的变化，样品中的α相铁已经全部转换成ε相，高压下晶体结构发生变化，电学性质发生改变。但是，四探针法的应用具有局限性，四电极需要刻在金刚石上，需要电极与样品接触，限制超高压力施加。

微波技术经过几十年的飞速发展，成为应用技术研究热点，其是研究微波信号的产生、放大、传输、发射、接收和测量的学科。微波的频率很高，因此在一定相对带宽下，其实际可用频带很宽。微波频带宽，传输速率高。但是，目前微波在高压科学领域应用较少。CN109580662A利用微波技术，检测金属结构相变高压原位测量装置及测量方法，利用螺旋天线探测微波反射功率和透射功率，然后进行运算处理，得到被测样品的金属结构相变程度，并以此确定被测样品的金属结构高压相变点。但是，此方法的测试空间是在DAC内，周围是金属构件，测试容易受到环境的电磁干扰，而且，螺旋天线制作不易。

本发明是改善传统高压下电学检测技术方法的的局限性，将微波谐振腔与DAC相结合，避免外部电磁干扰，提高了装置的抗干扰能力。微波法属于非接触测量。同时本发明还具有无污染、普适性强和快捷等特点。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种基于微波技术的高压下检测物质金属化转变的装置，还提供一种基于微波技术的高压下检测物质金属化转变的方法，以解决改善传统高压下电学检测技术方法的局限性，将微波谐振腔与金刚石对顶砧相结合高压下检测物质金属化转变的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于微波技术的高压下检测物质金属化转变的装置，由微波发生器1、微波传输线2、DAC检测单元3和参数检测装置4构成；