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金刚石压砧

金刚石压砧(diamond anvil cell)是一种高压实验装置,由一对金刚石对顶砧和密封垫组成,能够对毫米级以下的物体施加极高的压力,通常可达到100至200兆帕。该装置广泛应用于地质学、工程学或材料科学实验中,用以模拟行星内部的高压环境,合成在常规条件下难以形成的物质或状态。通过旋紧压砧,样品和测压红宝石被放置于金刚石压砧密封垫中,实现高压条件下的物质反应与变化研究。

内容简介

金刚石压砧的设计使得两个金刚石的接触面积很小,而机械加压部分的面积较大,这样的结构设计可以使金刚石压腔内的样品获得极高的压力,达到10至几十吉帕。毛河光在1984年对金刚石压砧进行了改进,使其能够承受高达4000℃的温度和280吉帕的压力,这样的超高温高压实验条件适用于研究深达地心的物质反应与变化。压力的测定通常利用激光红宝石的影响进行标定,而光学和波谱学方法则用于观测和记录反应的即时情况。

在2017年,哈佛大学的科学家们使用金刚石压砧实现了一个重要的突破,他们将约3250万公斤的力施加于6.5平方公分的氢样本上,创造出超过地心压力的条件,逼近了合成钻石强度的崩溃边缘。这一实验成功地将气态的氢在充分压缩后转变成,这是一种在常态下难以见到的物质形态,展示了金刚石压砧在实现极端物理条件下的研究中的巨大潜力。

参考资料