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高压技术及国内高压研究室

已有 6751 次阅读 2018-1-3 15:50 |个人分类:高压科普|系统分类:科研笔记

高压科学与技术是一门正处在加速发展阶段的新兴学科。

宇宙中的绝大部分凝聚态物质均处在高压状态下。在超高压极端条件下,凝聚态物质中的原子/分子距离将缩

短,相互作用显著增强,原子内层电子可参与成键,原有的结构会被破坏,导致结构相变、物性变化(改变电磁

相互作用状态)及核子间的强相互作用(核反应),合成新材料,甚至出现新的物理现象。因此,物质在超高压

等极端条件下的行为研究被视为未来最有可能取得重大科学突破的研究领域,可广泛应用于国防、新能源、新

材料、地学、行星科学、化学、凝聚态物理生物医学等领域。其中应用于材料领域最经典的例子为人造金刚

、立氮化硼(cBN)等超硬材料的高温高压合成。
高压科学与技术领域按实验条件分为动高压与静高压。动态超高压技术是利用冲击波作动力而在试样中获得的

瞬时高压,动态产生的高压数值可高达几百万甚至几千万个大气压,同时伴随着骤然升温。利用外界机械加载

方式,通过缓慢逐渐施加负荷挤压所研究的物体,而使其内部产生很高的压力,称为静态高压。


高压科学与技术领域按实验条件分为动高压与静高压。动态超高压技术是利用冲击波作动力而在试样中获得的

瞬时高压,动态产生的高压数值可高达几百万甚至几千万个大气压,同时伴随着骤然升温。利用外界机械加载

方式,通过缓慢逐渐施加负荷挤压所研究的物体,而使其内部产生很高的压力,称为静态高压。


高压分为动高压,静高压。动高压主要是九院在搞。静高压又分为大压机和DAC。大压机很少超过50GPa,而DAC国内做到250GPa。国内做高压比较好的是吉大,北京大学,中科院物理所,中科院高能物理所同步实验室高压试验站,燕山大学,中科院广州地化所,贵阳地化所,中科院地质所,浙大,九院,毛和光先生的高科中心。总之有很多单位。目前国内粉末衍射高压可以做到250GPa,目前正在冲击500~750GPa。动高压最低1000GPa。高压单晶衍射可以做到50GPa,正在向100GPa冲击。

国内部分高压研究室

北京高科http://hpstar.ac.cn/

川大高压http://lvp.scu.edu.cn/

吉大超硬实验室http://nlshm-lab.jlu.edu.cn/

燕大亚稳国家重点实验室http://mmlab.ysu.edu.cn/index.htm


高压技术主要可以在以下几个方面对人类社会有所贡献:
1、高压技术能够有助于我们更深入地了解地球和宇宙。对于地球来说,地核的压力达到了360GPa,目前人工加压技术已经达到了这个限度,因此我们现在比以前更了解我们的地球母亲了。这对于保护地球、维护世界和平都是有重大意义的。既然现在已经达到了地核的压力了,是否就不需要再提升压力了?那也不是。我们除了探索地球以外,整个宇宙都在等待我们去探索。比如太阳内部的压力就是我们难以想象的。别说太阳,就是木星,其地核的压力也远超地球,要保护好我们的太阳系,那当然需要更大的压力来进行模拟实验。小小的太阳系都这么的压力了,更别说银河系、整个宇宙了。因此提升压力无止境。
2、高压技术有助于我们探索新型的超导材料。去年发现的硫化氢高温超导就是在高压下实现的。正因为实现了,人们才知道获得更高温度的超导是可行的,只要我们正确地改变材料的结构就可以了。而更高温度的超导技术在核磁共振、磁浮列车、精密测量技术等方面都有不可替代的应用价值。
3、获得新型材料。通过更高的压力可以改变晶体结构,从而获得新型超硬的材料。比如人工金刚石就是通过高压技术而获得的。那么有没有比金刚石更硬、性能更好的材料呢,只有通过对普通材料施加更高的压力,才能够改变材料的晶体结构,最终获得稳定的新材料。举个例子来说,我们现在用的普通的圆珠笔的笔珠,都是需要完全依赖进口。为何我们自己做不出来?原因就在于制作笔珠的材料我们做不出来。我估计,要获得超硬的笔珠材料,可能需要通过高压技术才能够实现。
4、更高压力的获得可以带动一系列产业和技术的发展。比如液压技术、X射线衍射技术、激光技术等,如果这些配套的技术不发展,获得单纯的高压力是没有那么大的用处的。
5、在生物学上,通过模拟高压环境,可以有助于我们了解在一些极端环境中,生物生存的方式。这对于生物学基本理论的发展是有重要的促进作用的。
6、在航空技术方面,高压有助于新型航天材料的研究,制造出更轻更牢固、更耐极端环境的飞船。比如我国虽然已经能够实现载人航天技术,然而我们的飞船就要比别人用更重、更厚的材料才能够保证航天器的安全,这必然会消耗更多的宝贵的资源。
7、在军事上,高压技术有助于新型武器的研发。比如反恐斗争中,那种钻地弹就需要使用高压技术才能够获得足够高硬度的材料来进行制造。更不用说高性能军舰、坦克、导弹等武器装置的使用。
8、高压力在文化艺术方面也有用武之地。比如通过高压的方式可以制作出精美绝伦的非凡晶体,这对于那些酷爱用钻石来制作艺术作品的艺术家来说,有多了一种艺术探索的途径。而文学家们通过不断提升的高压也可以对人生的压力体验有更深刻的领悟,创作出更加震撼的文学作品。而音乐家则可以探索高压下面的音乐表现形式等。
9、高压技术有助于增加生活情趣。比如一位正在热恋中的高温高压专业博士,能够用自己的掌握技术改进一下家里使用的压力锅,一定可以让他的女朋友大吃一惊的。当然你千万不要将商店里买回来的钻戒说成是你在实验室里压制出来的,否则丈母娘知道了,就会叫你给她压一公斤钻石回来,那可麻烦了


摘自:http://blog.sciencenet.cn/blog-361477-960467.html




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