發(fā)布時(shí)間：2021-08-30 19:03

　　氫在元素周期表中位于第一位,是電子結(jié)構(gòu)排布最簡(jiǎn)單的元素,在常溫常壓下的形態(tài)是氣態(tài)。然而在高壓下,它會(huì)發(fā)生一系列奇特的相變,并且擁有很多新奇的性質(zhì)。壓力可以減小原子間的距離,并且改變電子軌道以及成鍵模式,進(jìn)而改變材料的物理化學(xué)性質(zhì)。八十多年以前,Wigner和Huntington預(yù)測(cè)分子氫在高壓下會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂薪饘傩缘脑討B(tài)。1964年,Ashcroft提出,由于氫的質(zhì)量小,具有較高的德拜溫度,其在金屬化后可能具有較高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。因此,越來(lái)越多的理論和實(shí)驗(yàn)工作都致力于氫在高壓下的結(jié)構(gòu)、金屬性以及超導(dǎo)電性的研究。最近,I.F.Silvera課題組發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,固態(tài)氫會(huì)在495 GPa的壓強(qiáng)下金屬化,并相變到原子相。這一結(jié)果在國(guó)際上引起了廣泛的關(guān)注。但是關(guān)于這一結(jié)果仍然存在著很多爭(zhēng)論。該實(shí)驗(yàn)給出了固態(tài)氫金屬化的證據(jù):樣品從透明變?yōu)椴煌该鞯膱D片。然而在如此極端的壓力條件下,實(shí)驗(yàn)測(cè)量的難度非常大,該實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)并不完整,沒有與結(jié)構(gòu)信息直接相關(guān)的XRD衍射圖譜;沒有表征與結(jié)構(gòu)相關(guān)的聲子振動(dòng)的Raman光譜。因此固態(tài)氫的金屬化壓力以及對(duì)應(yīng)的相空間結(jié)構(gòu)仍需進(jìn)一步深入的研究。針對(duì)I... 

【文章來(lái)源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：130 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

常用的壓力單位轉(zhuǎn)換關(guān)系

圖 1.2 地球內(nèi)部壓力示意圖內(nèi)部原子軌道和電子結(jié)構(gòu)造成較大的影響，進(jìn)而有新的形態(tài)，奇異的性質(zhì)，也有可能合成一些常壓知的例子就是通過(guò)對(duì)石墨加壓而得到的硬度很高的兩個(gè)碳的同素異形體的能量高低次序，使得金剛石時(shí)也克服了兩個(gè)相之間轉(zhuǎn)變的勢(shì)壘[1-3]。類似的例壓力的條件下通過(guò)六角氮化硼(BN)合成的[4]。高壓穩(wěn)定存在的化學(xué)組分變得穩(wěn)定。例如，高壓下的不a3Cl 和 NaCl3)[5]；一些堿土金屬或過(guò)度金屬氮化3S[7, 8]等)，其中 H3S 被實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了具有高達(dá) 20之前的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的記錄[9, 10]。高壓可以使一些

高壓物理實(shí)驗(yàn)一直是在 0.5 GPa 壓力范圍以內(nèi)進(jìn)行的。1906 年0 世紀(jì) 60 年代，美國(guó)物理學(xué)家布里奇曼(P. W. Bridgemen)大大推動(dòng)了高壓實(shí)術(shù)的發(fā)展，并且在壓力條件下，對(duì)固體的熔化現(xiàn)象、電阻變化規(guī)律、相變縮性等諸多宏觀物理行為進(jìn)行了極為廣泛的研究。由于布里奇曼對(duì)高壓現(xiàn)前驅(qū)性研究，以及其在推動(dòng)高壓物理學(xué)科發(fā)展方面做出的杰出貢獻(xiàn)而獲得946 年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1959 年之后，高壓物理的研究進(jìn)入了金剛石對(duì)頂Diamond Anvil Cell, DAC)時(shí)代，相比之前，該裝置可以產(chǎn)生很高的壓力。毛院士和 P. M. Bell 教授在 1978 年設(shè)計(jì)出的 Mao-Bell 型 DAC(如圖 1.3)[14]，可達(dá)到的最高壓力為 550 GPa。目前的高壓實(shí)驗(yàn)中除了上述提及的靜高壓，還有基于沖擊波技術(shù)的動(dòng)高壓實(shí)驗(yàn)技術(shù)，其產(chǎn)生的壓力可達(dá)數(shù)千萬(wàn)大氣TPa 量級(jí))。然而沖擊波的瞬態(tài)特性意味著樣品通常難以達(dá)到熱力學(xué)平衡，在研究材料性質(zhì)的時(shí)候會(huì)有很大的不確定性。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Structure and superconductivity of hydrides at high pressures[J]. Defang Duan,Yunxian Liu,Yanbin Ma,Ziji Shao,Bingbing Liu,Tian Cui.  National Science Review. 2017(01)

博士論文
[1]高壓下第四主族及典型鑭系元素氫化物的第一性原理研究[D]. 張華迪.吉林大學(xué) 2016



本文編號(hào)：3373333