金刚石砧座电池

将样品放在金刚石砧座之间，开始时从外侧用螺旋推进力按压样品(图1-3)。两颗钻石级透明钻石的顶部要打磨成严格平行，边缘有小角度(图1-4)。样品包装在不锈钢衬垫中，样品掺杂有红宝石粉末。压力是通过红宝石在高压下发出荧光的强度来测量的，样品是用能穿透钻石的激光加热的。在如此高的压力和温度下，即使是钻石也很容易变形。为了防止金刚石砧座变形，后来用含氮金刚石来减小金刚石砧座的面积，改变刀刃的倾斜角度。到1984，这个装置的压力已经达到了2800kbar(Yoder，1984)。最初金刚石砧的压力槽是从上往下加压，现在已经发展到从八个方向对样品加压。这是常用的MA8型装置，也称为多天线装置。MA8型装置由2000吨压力机(赫尔茨贝格等人，1990)上的导向块驱动和加压。其工作原理是通过八个碳化钨砧将单轴压力载荷传递给试样，每个碳化钨砧都是立方体，每个立方体都有一个切角，呈现三角形平面。当八个立方体的三角形平面相对时，形成一个八面体间隙，样品被填满。MA8型装置中心的八面体压力组件如图1-5所示。八面体组分(Dalton等，1998)由95%MgO+5%Cr2O3组成，边长18mm；；样品置于铂管中，加热元件为石墨炉；石墨炉与样品管之间用MgO隔开，石墨炉自上而下填充Al2O3，成为热电偶的外壳；热电偶的上部还设有ZrO2的顶塞。另一方面，将X射线分析技术与金刚石压力装置相结合，在高温高压实验的同时进行原位X射线分析(图1-6)。同步加速器是研究核物理的，用来把电子加速到需要的速度，然后轰击金属靶。经过处理后，可以获得单色性好、强度强的X射线。这是同步辐射技术。利用该装置可以在短时间内直接识别金刚石压砧装置中高温高压相的相变结果，省去了淬火这一中间过程。值得一提的是，中国科学家毛和他的同事在20世纪70年代和80年代利用他们的金刚石压砧装置取得了令人瞩目的成就。一个例子是，他们在室温(25℃)下将氢气加压到650千帕，通过金刚石窗口连续观察到气态氢变成液态氢，再变成透明的固态氢。在国际上首次获得了室温下的固态氢，并利用同步辐射X光源分析了单晶氢的结构。在更高的压力下，这些透明的固态氢逐渐变成褐色的固态氢，最后变成金属氢。这一开创性成果为人类研究行星内部结构、探索宇宙发展奥秘提供了科学依据。同时，金属氢由于其超高密度和超导电性，具有巨大的经济价值(毛等，1979)。他认为高压研究将在21世纪成为自然科学的一个重要分支(毛，2002)。

图1-3金刚石压砧槽剖视图

图1-4金刚石压砧槽样品室纵剖面图(俯视图)和平面图(仰视图)

图1-5压力组件结构

图1-6现场测定MA-6/8高压装置