过渡金属高压熔化规律研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
U1230201
项目类别：
联合基金项目
资助金额：
260.0万
负责人：
蔡灵仓
依托单位：
中国工程物理研究院流体物理研究所
学科分类：
A31.NSFC-中物院联合基金
结题年份：
2016
批准年份：
2012
项目状态：
已结题
起止时间：
2013-01-01 至2016-12-31

项目参与者：
陈栋泉；陈向荣；张修路；柳雷；习锋；赵建洲；罗雰；刘晓海；
关键词：
液体结构金刚石压砧冲击压缩初始加温高压熔化

项目摘要

In the research fields of material properties under extreme conditions of high-temperature and high-pressure, a lively controversy exists in the high-pressure melting temperatures of transition metals from diamond anvil cell (DAC) measurements and shock wave (SW) experiments. In this project, based on the previous studies, we will further investigate the high pressure melting properties of iron and molybdenum: firstly, in DAC experiments, with the adoption of recently developed technology of liquid structure measurements and ruling out the probable influence of pressure transmitting media, the DAC melting temperature will be re-examined; secondly, in SW experiments, by the measurements of Hügoniot sound velocity for preheated sample, several credible melting temperature data will be obtained in the comparable pressure range of DAC experiments, and a melting curve will be achieved; finally, through the first principle calculations, molecular dynamics simulations, and thermodynamic analysis, the new perspective for the discrepancy between the predecessors'' SW and DAC measurements will be put forward.

高温高压极端条件下物质特性研究领域当今存在的一个热点问题是，在动、静高压技术测量的过渡金属熔化曲线之间存在着巨大的差异。为了澄清这个问题，本项目拟在前人研究的基础上，以铁、钼两种材料为研究对象，着重在静高压实验中采用国际上新近发展起来的直接测量液相结构技术并排除传压介质对测温结果的可能影响，重新测量其熔化曲线；在动高压实验中则通过提高样品初始温度办法和对Hügoniot声速的精密测量，以期得到从低压到高压的多个压力点上的熔化温度数据，并与静高压的新的测量结果进行比较；最后，再借助第一原理、分子动力学模拟和热力学计算等方法，对前人动、静高压实验测量结果的差异原因提出新认识。

结项摘要

高温高压极端条件下物质特性研究领域的一个热点问题是，在动、静高压技术测量的过渡金属熔化曲线之间存在着巨大的差异。为了澄清这个问题，本项目采用新的动、静高压实验技术和理论分析方法，对Fe、Mo两种材料的熔化曲线及与之关联密切的固相结构稳定性展开研究，得到一系列新的认识：（1）基于分子动力学模拟的过冷过热法、两相共存法和Z方法给出Fe的熔化线具有很好的一致性，可以很好地把Fe在低压区的静高压熔化数据和高压区的动高压熔化数据连接在一起，在此理论框架下很好地解决了关于Fe的动静高压熔化线不一致的历史诘难，并得到了我们关于Fe的静高压熔化数据的支持。（2）采用DAC加载，基于加热功率-温度曲线判据，结合回收样品形貌分析，获得了Fe在30~50 GPa压力区间的静高压熔化温度数据，与最新文献报道的结果一致；（3）发展了爆轰加载和气炮加载的高压声速测量技术及相应的测量不确定度评定与综合数据分析方法，有效提高了实验数据的置信度，并成功应用于Mo和 Ta的冲击加载高压声速测量，实验结果否认了前人关于Mo和Ta在冲击熔化前存在固-固相变的推测，该认识得到项目组基于遗传算法和从头算密度泛函的晶体结构搜索方法计算结果的支持；（4）发展了冲加载实验中样品预加热技术，以及高精度、高稳定性的控温技术和样品防护支撑技术，并成功应用于Mo和Fe预加温样品的高压声速测量实验；（5）采用预加热冲击加载技术获得密实Mo样品的卸载熔化温度数据，结合采用疏松Mo初始样品获得的卸载熔化温度数据，有效拓展了Mo的动高压熔化数据的压力范围，熔化温度测量结果得到项目组分子动力学模拟的支持，但仍高于静高压实验数据的外推趋势。这些认识为进一步理解和掌握过渡金属的高压熔化规律，并从动力学角度出发解释动、静高压实验关于过渡金属熔化曲线研究结果间的分歧问题奠定了基础。