化学反应中的高压技术分析报告.ppt

高压技术 高压获得方法 高压测量方法 高压合成反应 高压合成概述 高压合成是利用外加压力来合成化合物和材料的技术。高压合成往往伴随着高温。 Milestone: P. W. Bridgman(美,1946年诺贝尔物理奖获得者):开创了在高压下（极端条件）下物质的相变和物理性质研究领域。 F. P. Bundy 于1955年合成了人造金刚石。 R. H. Wentof于1957年合成了立方氮化硼（与碳具有等电子结构、硬度仅次于金刚石）。 高压在化学和物理学研究中的重要性 压力与温度、组分是任何体系的三个独立物理参量，压力的作用是任何其它手段无法代替的 压力可改变物质内部的各种相互作用，改变物质的结构和性质 出现高密度态和新的高压相，在百万巴下每种物质平均出现5个相变 在高压下以新的基态存在，出现了异于周期表的新价态，产生奇异的化学反应 对于验证理论模型和发展新理论提供有效的手段 物质科学对压力、温度、组分的依赖性 高压合成的物理化学基础 有效改变物质的原子间距和原子壳层状态 可能改变分子的电子激发状态 改变物质的反应性和反应机理 改变分子在固体中的堆积方式 产生临界现象（指的是在某种温度压力下气态和液态不可分的物质行为） 近临界流体的表面和界面发生相变现象 高压合成的压力范围：一般指从1~10MPa的低压力合成到几十个GPa（1GPa≈10000大气压） 使用高压合成的场合 在大气压(0.1MPa)条件下不能生长出满意的晶体 要求有特殊的结构 晶体生长需要有高的蒸汽压 生长或合成的物质在大气压或在熔点以下会发生分解 在常压下不能发生而只能在高压下才能发生的化学反应 要求有某些高压下才能出现的高价态（或低价态）以及其它特殊电子态 要求有某些高压下才能出现的特殊性能 高压的获得 压力的单位 国际制单位：Pa(1m2上1牛顿(N)的压力) 非国际制单位：巴(1cm2上106达因(dyn)的压力)； 大气压（高度为760mmHg作用于其底面上的压力，dHg=13.595g/cm3） 单位间的换算：1 bar = 105 Pa = 0.9869 atm = 1.019 kg cm-2 高压的类别 ?? 静态高压 ?? 动态高压 静态高压 定义：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或试样，当其体积缩小时，就在物体或试样内部产生高压强。由于外界施加载荷的速度缓慢（通常不会伴随着物体的升温），所产生的高压力称为静态高压。 静压产生方式和装置： 油压机作为动力，推动高压装置中的高压构件，挤压试样，产生高压。这类装置常见的有六面顶高压装置和年轮式两面顶高压装置。 对顶砧：天然金刚石作顶锤，制成的微型金刚石对顶砧高压装置（可产生几十到三百多GPa高压)。 六面顶 两面顶 年轮式两面顶高压构件 金刚石对顶砧(Diamond Anvil Cell, DVC)的结构 特点： 压力大(可达550GPa) 腔体小(10-3mm3) 金刚石对顶砧 DVC的应用 同步辐射光源 X- 射线衍射 Raman 散射 高压物质相变、高压合成的原位测试 动态高压 定义：利用爆炸（核爆炸、火药爆炸等）或强放电等产生的冲击波，在μs~ps的瞬间以很高的速度作用到物体上（冲击波），可使物体内部压力达到几十GPa以上，甚至上千GPa，同时伴随着骤然升温。这种高压力，就称为动态高压。 应用：受条件限制，目前利用动态高压进行的研究很少。 高压测量 静态高压 在实验室和工业生产中，经常采用物质相变（电阻突变）点定标测压法测定作用在试样上的压强。 对于微型金刚石对顶砧高压装置，常采用红宝石的荧光R线随压力红移的效应进行定标测压，也可利用NaCl的晶格常数随压力的变化定标。 动态高压测量 根据激波产生的原理。已知激波在介质中产生的压强可由激波在介质中的传播速度D，介质质点的速度ν2和介质的初始密度ρ1决定。所以通过测量D、ν2、ρ1就可算出压强 物质相变点定标测压法 方法： 利用国际公认的某些物质的相变压力作为定标点，把一些定标点和与之对应的外加负荷联系起来，给出压力定标曲线，就可以对高压腔内试样所受到的压力进行定标。 示例：通常用纯金属Bi(I → II) (2.5 GPa)、Tl(I→II) (3.67 GPa)、Cs(II→III) (4.2GPa)、Ba(I→II)(5.3GPa) 、Bi(III→IV) (7.4GPa)等相变时电阻发生跃变的压力值作为定标点。 高压合成 从高压高温合成有两类： 高压相变：某种物质经过高压高温作用后，其产物的组成(成分)保持不变，但发生了晶体结构的多型相转变，形成新相物质。 高压化合：某种物质体系，经过高温高压作用后，发生了元素间或不同物质间的化合，形成新化合物、新物质。 高