高壓物理實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究前沿

★

超高壓物理學(xué)概貌★

超高壓的產(chǎn)生裝置★

壓力定標(biāo)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)★

高壓下的物性研究★

高壓研究前沿領(lǐng)域高壓物理實(shí)驗(yàn)技術(shù)《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》第四冊(cè)P327-339《固體物理實(shí)驗(yàn)方法》(王華馥、吳自勤主編，高等教育出版社，1990年—第十二章：固體物理的高壓研究方法《地球深部物質(zhì)科學(xué)導(dǎo)論》(謝鴻森著，科學(xué)出版社，1997年)《實(shí)驗(yàn)環(huán)境技術(shù)—丸善實(shí)驗(yàn)物理學(xué)講座第12卷》(本和光博、藤井保彥編丸善株式會(huì)社，2000年)《High

Pressure

Experimental

Methods》(M.Eremets，Oxford

Sci.P1996年)《超高壓－實(shí)驗(yàn)物理學(xué)講座第18卷》(箕村茂編，共立出版株式會(huì)社，1988年)《High

Pressure

Methods

in

Solid

State

Research》(C.C.Bradley，Plenum

Press，1969年)《High

Pressure

Technology》(I.L.Spain、J.Paaue，Marcel

Dekker1977年)參考文獻(xiàn)壓強(qiáng)的單位1、Pa(帕斯卡)是國際壓強(qiáng)單位(＝1N/m2

)1

MPa＝106

Pa，1

GPa＝109

Pa2、bar(巴)是常用壓強(qiáng)單位(=106dyn/cm2)3、atm(大氣壓)稱為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓4、工程大氣壓為每平方厘米公斤數(shù)（kg/cm2）l

bar＝105Pa＝0.9869atm1bar≈1atm

10kbar=1GPa

1Mbar=100GPa高壓的獲得手段實(shí)驗(yàn)技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置壓力受力性質(zhì)溫度靜態(tài)超高壓技術(shù)金剛石對(duì)頂砧大腔體裝置(多頂砧,活塞圓筒)<550GPa<30GPa(準(zhǔn))靜水壓(準(zhǔn))靜水壓低溫-室溫-6000oC室溫-3500oC水熱體系高溫高壓技術(shù)高壓釜裝置內(nèi)加熱釜<0.5GPa<3GPa靜水壓靜水壓室溫-800oC室溫-1600oC巖石力學(xué)高壓實(shí)驗(yàn)技術(shù)單軸壓力機(jī)三軸壓力容器<3.5GPa<3.5GPa剪切壓剪切壓室溫室溫-1500oC動(dòng)態(tài)超高壓技術(shù)各類爆轟裝置壓縮空氣炮、強(qiáng)激光1ms內(nèi)達(dá)

500GPa沖擊壓1ms內(nèi)達(dá)

1000oC金星表面96%CO2,3%N2750

K，90

atm地球表面78%N2,21%O2293

K，

1

atm火星表面Mostly

(95%)CO2230

K，0.006

atm行星上的溫度和壓力超高壓和高溫的概念外部重量增長，行星內(nèi)部受到壓縮，消耗在

壓縮內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，因?yàn)闊嵩趲r石中

的移動(dòng)、傳導(dǎo)都很慢，所以它沒有流散出去，結(jié)果熱積聚下來，地球內(nèi)部的溫度也就升高了

。每向地球里面走1公里溫度就會(huì)增加攝氏20度地球的中心地區(qū)，溫度約攝氏4000度對(duì)流層：海拔每升高100米，溫度降低0.6度。平流層：高度越大，溫度越高。高壓技術(shù)和工業(yè)的早期歷史1680：Papin高壓釜(骨頭萃取)1662：Boyle定律：溫度不變PV=常數(shù)1802：理想氣體的狀態(tài)方程式1826：Perkins，水的壓縮，0.2GPa1873：Van

der

Waals方程1806:Northmore，液化氯氣1835：Thilorier，二氧化碳的固化1877：Cailletet，氧的液化1900：Dewer，氫的液化（204K）1908：Onnes，氦的液化1926：Keeson，氦的固化具有安全閥的Papin高壓釜Bridgman對(duì)高壓物理的貢獻(xiàn)P.W.Bridgman

(美國哈佛大學(xué)教授，

1882-1961)因?yàn)樵诟邏何锢眍I(lǐng)域的開拓性貢獻(xiàn)獲得1946年諾貝爾物理獎(jiǎng)。發(fā)明和發(fā)展了高壓設(shè)備與技術(shù)，獲得

10GPa。提出了“大質(zhì)量支撐”原理和“多級(jí)加壓”原理測量了一系列元素和化合物材料的高壓物性（壓縮率、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率、狀態(tài)方程、粘性、抗張強(qiáng)度）超高壓物理研究的歷史1941年，Bridgman開始高壓金剛石的合成實(shí)驗(yàn)。Coes首次合成出了柯石英(Coesite)及其它硅酸鹽礦物。柯石英是SiO2的高密度相，即高壓相。1955年，美國通用電氣公司的Bundy,Hall,Strong,Wentof等人，及瑞典ASEA公司的研究人員首次合成出人造金剛石。Wentof合成了硬度僅次于金剛石的超硬材料立方氮化硼(BN)。哈佛大學(xué)于1933年啟動(dòng)地球物理科學(xué)方面的一項(xiàng)研究計(jì)劃，1952年Birch發(fā)表了“地球內(nèi)部的彈性和組成”的論文。美國Carnegie地球物理實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)立于1907年，設(shè)計(jì)了最初的高壓釜，奠定了水熱合成法的基礎(chǔ)，研究了高溫高壓下的相平衡、花崗巖的形成機(jī)理。超高壓物理研究的歷史美國芝加哥大學(xué)的Lawson和湯定元設(shè)計(jì)了最早的一臺(tái)金剛石壓腔裝置，稱為金剛石釜(Diamond

Bomb)，腔體壓力達(dá)到3GPa，可

以進(jìn)行X射線研究。美國國家標(biāo)準(zhǔn)局NBS（現(xiàn)美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所NIST的前身）對(duì)高壓物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了兩大重要貢獻(xiàn)：對(duì)金剛石壓腔的設(shè)計(jì)進(jìn)行了重大改進(jìn)，1958年Weir,Valkenberg,Lippincott,Bunting共同設(shè)計(jì)了現(xiàn)代金剛石對(duì)頂砧壓機(jī)(DiamondAnvilCell-DAC)的原型，用該高壓光學(xué)裝置首次觀測了偏光顯微鏡下的結(jié)晶形態(tài)、進(jìn)行了紅外光譜測量。Block等人發(fā)現(xiàn)了紅寶石熒光R線隨壓力而發(fā)生線性位移的現(xiàn)象，可利用該現(xiàn)象標(biāo)定相當(dāng)高的壓力。壓力的歷史發(fā)展Mao,

Bell:172GPa

(1978)Bell,

Mao:185GPa

(1979)Bell,

Xu

et.al.:280GPa

(1986)Xu,

Mao

et.al.:550GPa

(1986)Narayana

et.al.342GPa

Nature(1998)1989年獲國際高壓界最高獎(jiǎng)——布里季曼獎(jiǎng)發(fā)表了900多篇學(xué)術(shù)論文，其中僅“Nature”和“Science”就有40余篇，研究成果多次作為雜志封面。★固體地球科學(xué)地球深部的物質(zhì)組成和存在形式地殼、地幔、地核的相互作用和演化行星的物質(zhì)結(jié)構(gòu)★凝聚態(tài)物理、化學(xué)和材料科學(xué)極端條件(P,T,H)下的物性：相變，超導(dǎo)，超臨界新材料的合成：超硬工業(yè)應(yīng)用★生命科學(xué)與生物技術(shù)生命的起源蛋白質(zhì)折疊和變性高壓物理研究的應(yīng)用領(lǐng)域P-T-XThree

Dimensions

in

ScienceTemperature

-A

ubiquitous

variable

inALL

physical

and

biological

sciencesComposition

-Chemistry

and

materials

sciencePressure

-Rivals

T

and

X?Or

a

niche,

extreme

condition?10-3210-2410-1610-810810161024103210-810-610-410-21102104106108RANGE

OF

PRESSURE

IN

THE

UNIVERSEre

(Atmos1pheres)Pressure

(Atmospheres)Hydrogen

gas

inintergalactic

spaceInterplanetary

spaceCenter

of

neutron

starAtmosphere

at

300

milesCenter

ofwhite

dwarfCenter

of

JupiterCenter

of

SunDeepest

oceanBest

mechanical

pump

vacuumWater

vapor

at

triple

pointCenter

ofthe

EarthAtmospheric

pressure(sea

level)64

orders

of

magnitude1

GPa

=

109N/m2

=

104

barTo

Establish

a

DimensionThe

high-pressure

behavior

of

watercontinues

to

present

newquestions

and

surprisesGoncharov

et

al.,

PRL.

(2005)Caiet

al.,

PRL

(2005)Klotzetal.,

Nature

(1999)Goncharov

et

al.,

Science

(1996)Katoh

et

al.,

Science

(2002)Struzhkin

et

al.,

PRL

(1997)Goncharov

et

al.,

PRL

(1999)superionicSymmetricH-bondingLiquid-liquidChou

et

al.,

Science

(1998)amorphizationmodulationLoubeyre

et

al.,

Nature

(1999)[Ashcroft,

Nature

(2002)]LiSuperconductivity

in

Light

ElementsSEremets

et

al.

Science

(2001)[Struzhkin

et

al.

Nature

(1997)]B-NOVEL

SUPERCONDUCTORS

--

23

elements;

O,

S,

B,

Fe,

LiPeriodic

Table

of

SuperconductorsP=0P>0Shimizu

etal.

Nature

(2002)Struzhkin

et

al.

Nature

(2002)Hanfland

etal.

Nature

(2000)Neaton&

Ashcroft

Nature

(1999)LiLiH2-2H2O

Hydrogen

ClathrateXray

diffractionshows

sII

structurewith

multiple

H2occupancy

in

eachH2O

cageW.

Mao

et

al,Science

297,

2247(2002)High-pressure

neutron

diffraction

reveal

the

exactnumber

and

dynamic

position

of

H2

in

H2O

cagesLokshin

et

al,PRL

93,

125503(2004)For

hydrogenstorage

applicationsW.

Mao

et

al,

APL

83,5190

(2003)Yan

et

al.

Phys.

Stat.

Sol.201,

R27

(2004)ANVIL

DEVELOPMENTSGrowth

rate

improvedfrom

1

μm/hr

to

300-500μm/hr[Yan

et

al.

PNAS

99,12523

(2002)]Growth

of

giant

single-crystal

diamonds

bychemical

vapor

deposition

(CVD)5/16/05

Newsrelease:10

carat,

single-crystal,colorless

CVDdiamond7

mm

diameter,12

mm

length,CVD

diamond

bullet

7x

12

mm

(10

ct

wt.)colorless

CVD

diamond1

carat

eachDAC:

P

=

F/

ADiamond

is

the

strongest

material

and

is

transparentto

most

electromagnetic

waves

(light

and

x-ray).Example:

A

=

300

μm,

B

=

30μm,

q

=

8.5°

for

0.3

ct

diamond

to

reach

300

GPa.Pressure

opens

a

new

dimension

for

all

sciencesFundamental

Chemistry

&

PhysicsNovel

Transitions

and

States

of

MatterMaterials

ScienceNew

Classes

of

MaterialsGeophysics

&

GeochemistryIn

Situ

Measurements

to

Core

ConditionsPlanetology

&

AstrophysicsExtrasolar

Planets

and

Warm

Dense

MatterBiology

and

BiochemistryAdaptation

and

Evolution1965年，Arizona，“高壓下的固體物理”第一屆國際會(huì)議高壓科學(xué)技術(shù)發(fā)展國際組織—AIRAPTInternational

Association

for

the

Advancement

ofHigh

Pressure

Science

and

TechnologyAIRAPT國際會(huì)議：每2年舉行一次1985年后的會(huì)議上頒發(fā)Bridgman高壓科學(xué)杰出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)·1963年，英國標(biāo)準(zhǔn)電信實(shí)驗(yàn)室歐洲高壓研究團(tuán)組—EHPRGEuropean

High

Pressure

Research

Group2002年，北京，第一屆亞洲高壓研究國際會(huì)議國際高壓物理學(xué)研究歷史發(fā)展高壓下的分子固體利用同步輻射的高壓和高溫研究利用X光和中子源的高壓譜學(xué)研究固體的譜學(xué)強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系中的物理性質(zhì)由強(qiáng)激光、脈沖輻射產(chǎn)生的沖擊波和壓力現(xiàn)象高壓科學(xué)中的計(jì)算物理合成金剛石和其它超硬材料高壓下新材料的合成和性質(zhì)地球物質(zhì)在壓力下的物理性質(zhì)水和冰的物理與化學(xué)化學(xué)反應(yīng)和動(dòng)力學(xué)高壓下流體的超臨界性質(zhì)高壓生命科學(xué)和生物技術(shù)高壓標(biāo)定和技術(shù)AIRAPT-18(2001,北京)國際高壓科學(xué)與技術(shù)會(huì)議新材料金屬體系超硬和金剛石體系材料超導(dǎo)體輸運(yùn)和磁性高壓礦物結(jié)晶學(xué)和超高壓冰、液體和熔液化學(xué)反應(yīng)和動(dòng)力學(xué)相和相變的理論與實(shí)驗(yàn)研究生命科學(xué)、生物技術(shù)和軟凝聚態(tài)物質(zhì)動(dòng)力學(xué)和沖擊波現(xiàn)象儀器和技術(shù)EPHRG－2002“High

Pressure

Research

Across

the

Sciences

”★美國(金剛石對(duì)頂砧)1991年成立高壓科學(xué)研究中心(CHiPR):Carnegie地球物理實(shí)驗(yàn)室

(毛和光,Hemley)、Lawrence

Livermore國家實(shí)驗(yàn)室、紐約州立大學(xué)石溪分校、Princeton大學(xué)、Nevada大學(xué)同步輻射(NSLS,Brookhaven國立實(shí)驗(yàn)室；SSRL,Stanford同步輻射實(shí)驗(yàn)室CHESS,Cornell高能同步輻射光源)★日本(大腔體多頂砧)物質(zhì)科學(xué)研究所、同步輻射實(shí)驗(yàn)室(Spring-8、筑波光子工廠)大阪大學(xué)、東京大學(xué)等各大學(xué)★歐洲俄羅斯、波蘭等也很早就成立了高壓研究中心波蘭舉辦過幾次國際高壓科學(xué)講座法國和比利時(shí)：生命科學(xué)研究國際高壓物理研究現(xiàn)狀國內(nèi)高壓物理研究歷史張紹忠曾留學(xué)哈佛大學(xué)（1925-1927），師從Bridgman全國第一屆高壓物理學(xué)術(shù)研討會(huì)是1978年在廣州召開物理所與高能所合作建立了同步輻射高壓站物理所利用DAC技術(shù)獲得了180GPa的最高壓力(1989)“中國高壓科學(xué)在21世紀(jì)初葉的發(fā)展前景”－香山會(huì)議(2000)2001年成立高壓研究中心毛河光獲得了2002年度“中國政府友誼獎(jiǎng)”2005愛因斯坦講席教授吉林大學(xué)(超硬材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，1995年)中科院各研究所：物理所、高能所、理化技術(shù)所－原感光所、化學(xué)所、生化所、地物所、貴州和廣州地化所西南交大、燕山大學(xué)、四川大學(xué)中國工程物理研究院流體物理所、國家地震局地質(zhì)研究所高壓實(shí)驗(yàn)裝置的模式活塞－圓筒方式對(duì)頂砧多頂砧加壓方式：樣品封裝在耐壓腔體中，減小體積，以靜態(tài)方法

增大樣品所受壓力可動(dòng)、密封、強(qiáng)度厚壁圓筒作為高壓腔體，圓筒中裝有可移動(dòng)的活塞，活塞向筒底移動(dòng)使腔體壓力增加。高壓腔內(nèi)裝入樣品和傳壓介質(zhì)?；钊麍A筒裝置(<8GPa)Bridgman早期實(shí)驗(yàn)裝置厚壁圓筒(材料：含Co的WC)爆破壓力Y0為圓筒材料的屈服強(qiáng)度不發(fā)生塑性形變的最大腔內(nèi)壓強(qiáng)圓筒的外徑b與其內(nèi)徑a的比值k＝b/a>1.1厚壁提高圓筒抗內(nèi)壓方法1、箍環(huán)：用兩個(gè)箍環(huán)逐次把內(nèi)部壓缸（硬質(zhì)合金圓筒）箍緊，形成一組合圓筒。內(nèi)箍環(huán)的內(nèi)徑略小于壓缸的外徑（過盈）。2、累進(jìn)式進(jìn)壓：Bridgman設(shè)計(jì)的二級(jí)累進(jìn)式活塞－圓筒裝置內(nèi)壁：裝配應(yīng)力外壁：拉伸應(yīng)力Poulter密封、Bridgman無支撐面密封、O形環(huán)密封高壓腔的自密封方法(避免高壓腔中傳壓流體介質(zhì)在壓力下流出)Bridgman無支撐面密封原理(蘑菇頭)柱塞的頭部把軸向載荷傳遞到較小面積的密封墊圈上，使密封墊上的應(yīng)力高于容器內(nèi)的工作壓力O形環(huán)密封原理電極密封3GPa流體靜壓力實(shí)驗(yàn)裝置3GPa流體靜壓力實(shí)驗(yàn)裝置壓缸液壓泵作用：使高壓腔體的壓力盡可能地接近于靜壓力，也起到固體密封墊的作用。特性：①高壓下易于形變②有較低的內(nèi)摩擦系數(shù)③具有良好的熱穩(wěn)定性和絕緣性，不與樣品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并且在樣品和頂砧之間起到電絕緣作用材料：固態(tài)氯化銀；葉臘石(天然含水鋁硅酸鹽，Al2O3·4SiO2·H2O，層狀結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)為1400－3000℃，電阻率約為106－107Wm，熱導(dǎo)率很低)；葉蠟石粉末成型塊固體傳壓介質(zhì)作用：獲得真正的靜水壓應(yīng)采用流體作傳壓介質(zhì)流體。特性：①轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟南嘧凕c(diǎn)壓力高、粘滯性低②對(duì)各種電磁輻射透明度高③不與樣品起化學(xué)作用、壓縮率低、電絕緣、良好的熱穩(wěn)定性和熱絕緣性材料：異戊烷＝2GPa，戊烷與異戊烷的混合液（1:1）＝6.5GPa甲醇和乙醇混合液（體積比為4:1）＝10.4GPa甲醇、乙醇和水的混合液（體積比為16:3:1）＝14.6GPa液體傳壓介質(zhì)常溫下的氦和氬氣是較適宜的傳壓介質(zhì)。氬、氖、氫、氦等氣體在溫度為25℃時(shí)的固化壓強(qiáng)分別為1.4、2.4、5.5和12GPa。固化輕氣體或惰性氣體作傳壓介質(zhì)，這些固化氣體是一種軟固體，因而壓力品質(zhì)較好，特別是氦。液－固混合系統(tǒng)，同時(shí)采用固體和液體做為傳壓介質(zhì)。氣體和其它傳壓介質(zhì)Bridgman對(duì)頂砧裝置Bridgman的大質(zhì)量支撐原理:在大物體的一小面積上產(chǎn)生高壓時(shí)，由于其周圍材料支撐的作用，物體可承受比其名義抗壓強(qiáng)度高幾倍的壓縮應(yīng)力Bridgman對(duì)頂砧裝置Drickamer壓腔有支撐的Bridgman壓砧受軸向負(fù)荷時(shí)，砧形頂錘沿軸向壓縮，沿徑向膨脹，故需加以箍環(huán)10GPa

(WC)－20GPa

(BN)42GPa(燒結(jié)金剛石)密封墊技術(shù)壓砧下密封墊中的壓力分布避免高壓腔中傳壓流體介質(zhì)在壓力下流出保證樣品區(qū)域的壓強(qiáng)趨于均勻變形Bridgman對(duì)頂砧：碗形碗形對(duì)頂砧上的壓力分布有刨面形狀的對(duì)頂砧與平面對(duì)頂砧的差異：1、砧面中心有坑，壓腔體積增加2、壓腔中的壓力分布不同3、最高達(dá)到壓力下降很小8GPa

(WC)變形Bridgman對(duì)頂砧：環(huán)形環(huán)形對(duì)頂砧上的壓力分布用于Mossbauer譜研究的碗形對(duì)頂砧0.3-100cm3的壓腔體積，在11GPa下維持溫度1800-2000℃達(dá)數(shù)天之久Bridgman對(duì)頂砧裝置活塞－圓筒裝置的組合可加熱樣品腔和密封墊改進(jìn)的年輪式高壓裝置年輪式裝置金剛石和立方BN的合成(6GPa，1500℃)金剛石的合成方法Scientific

American

(2003年4期)加熱樣品腔：5.5GPa,1400℃年輪式高壓裝置多對(duì)頂砧裝置：四面頂四面頂裝置六個(gè)頂砧同時(shí)從xyz三個(gè)正交軸方向相對(duì)推進(jìn)多面體傳壓介質(zhì)：常用為立方體型，所以六面頂裝置也稱為立方體高壓裝置。除此之外，還有八面體傳壓介質(zhì)。鉸鏈?zhǔn)剑河闪鶄€(gè)獨(dú)立的油缸－活塞系統(tǒng)做為壓力源。六個(gè)活塞同時(shí)推動(dòng)六個(gè)頂砧對(duì)立方體傳壓介質(zhì)進(jìn)行擠壓，使傳壓介質(zhì)中的樣品受到高的壓力。分割球、柱型：以單油缸壓力機(jī)為力源，以單軸方向施加壓力，通過二級(jí)分割球壓縮傳壓介質(zhì)，最終在樣品上提供多方向的壓縮。緊裝式四滑座：也為單油缸加壓，用滑座導(dǎo)軌將單軸壓分為多方向的二級(jí)壓縮。多對(duì)頂砧裝置：六面頂六面頂：鉸鏈?zhǔn)搅骓?分割球分割球型六面頂(6－8式)分割柱片的制作六面頂分割球中的多面體傳壓介質(zhì)一級(jí)頂砧面數(shù)二級(jí)頂砧個(gè)數(shù)六面頂：分割柱型分割柱形是將單軸壓轉(zhuǎn)換成八面體對(duì)頂砧對(duì)壓六面體二級(jí)立方體頂砧頂角六面頂：緊裝式四滑座該裝置由上、下兩?？蚝土鶄€(gè)頂砧組成。上、下?？蚋饔兴膫€(gè)45度的導(dǎo)槽，導(dǎo)向槽中裝有四個(gè)滑塊，滑塊上裝有碳化鎢頂砧。當(dāng)油缸中活塞受力向上移動(dòng)時(shí)，下?？虮换钊苿?dòng)向上，使上、下模框之間的四個(gè)裝有頂砧的滑塊沿45度導(dǎo)槽向中心滑動(dòng)。另外兩個(gè)頂砧置于上、下模框中心。六面體二級(jí)頂砧(6-6式)六面頂：緊裝式四滑座3000噸壓力機(jī)的緊裝式六面頂裝置(10GPa)壓砧旋轉(zhuǎn)行進(jìn)式滑移式壓砧型裝置通過壓砧的相對(duì)滑動(dòng)，使放在中心的樣品體積縮小而產(chǎn)生高壓前進(jìn)后退式金剛石對(duì)頂砧裝置P=F/S

頂砧材料應(yīng)當(dāng)有極高的強(qiáng)度，而具有高硬度的金剛石是最理想的制作材料。金剛石的良好透明度使得有光學(xué)測量窗口的超高壓裝置成為可能。Piermarini-Weir金剛石超高壓機(jī)金剛石對(duì)頂砧高壓光學(xué)裝置原型1965年,Valkenberg,Weir等(NBS金剛石對(duì)頂砧高壓裝置的進(jìn)步?1965年,Valkenberg,可盛裝液體和固體的密封墊?1975年,Piermarini,掌握調(diào)整對(duì)頂砧平行的技術(shù)加上使用了高強(qiáng)度金屬墊片，壓力達(dá)到40GPa?1971年,Block,發(fā)明紅寶石壓力定標(biāo)手段?1973年,采用甲醇乙醇4:1混和液,靜水壓達(dá)到10GPa?1979年,用He等氣體作為傳壓介質(zhì),達(dá)100GPa?1978年,Mao-Bell,倒角型金剛石對(duì)頂砧,達(dá)172GPa美國Carnegie地球物理實(shí)驗(yàn)室通過對(duì)裝置的機(jī)械部分、密封墊材料、壓砧外形的改進(jìn)，使金 剛石壓砧受力更加穩(wěn)定和均勻，增加了壓砧的受壓強(qiáng)度，使高 壓腔體可測壓力不斷提高；激光加熱法，使高壓腔體的溫度可從室溫升高到3000℃以上；研制成功低溫和氣體加壓設(shè)備，將H2、He、Ne、Ar、CH4、N2等 氣體通過低溫液化等方法，使氣體充滿樣品室，加壓固化。直接觀測高溫高壓條件下物質(zhì)的相變、熔融、溶解、擴(kuò)散等物 理化學(xué)變化過程及相應(yīng)的物性變化高壓下晶體的X射線衍射測量及晶體結(jié)構(gòu)的研究高壓下樣品光譜學(xué)的測量和研究（紅外－可見－紫外光吸收光譜、 拉曼光譜及熒光光譜）高壓下樣品電學(xué)、磁學(xué)、彈性等物性測量（電導(dǎo)率、磁化率、 穆斯堡爾譜、布里淵散射）金剛石Mohs硬度10高硬度、光學(xué)透明度、良熱導(dǎo)和電絕緣氧氣中660℃石墨化，800℃燃燒。脆性大及其容易打碎或破損!!寶石價(jià)值的四C因素鉆石（琢磨加工后作成首飾的金剛石）0.1-0.24克拉的為小鉆0.25-1.0克拉的為中鉆>1.0克拉的為大鉆克拉（carat）、凈度（clarity顏色（colour）、切工（cutting1克拉=0.2g=100分金剛石壓砧用寶石級(jí)金剛石（未經(jīng)加工但具寶石價(jià)值的金剛石原石）磨制加工而成，一般重量為0.1-0.5克拉。金剛石壓砧的大小與所要求腔體壓力大小有關(guān)。要求腔體壓力大時(shí)，應(yīng)選擇大顆粒的金剛石制作壓砧，以確保在高壓下不發(fā)生破裂。如100GPa以上級(jí)壓力的壓腔一般選用0.3-0.4克拉以上的金剛石作為壓砧。寶石價(jià)值的四C因素克拉（carat）、凈度（clarity顏色（colour）、切工（cutting金剛石中常見有礦物的包裹體，有橄欖石、鎂鋁榴石、鉻透輝石、更早期形成的金剛石和鉻鐵礦等等。凈度是指鉆石中瑕疵的多少，包括原石內(nèi)部的瑕疵（包裹體、裂紋等等）和加工時(shí)的表面破損。其凈度的大小是以10倍放大鏡下的觀察結(jié)果為依據(jù)，世界各國有相應(yīng)的自定標(biāo)準(zhǔn)。為了避免受壓下壓砧的破裂，應(yīng)選用不含包裹體、沒有裂隙的金剛石作為制作壓砧的材料。在高壓下，包裹體是開始產(chǎn)生破裂的核。寶石價(jià)值的四C