技術剖析:一款優(yōu)秀的高溫高壓裝置應具備哪些技術特征?
高溫高壓裝置是一種模擬環(huán)境條件的實驗裝置,幫助科學家們深入研究物質物性成因機制,為新材料和能源開發(fā)提供基礎理論指導。近年來,地球科學研究、超硬材料合成、能源材料科學等領域蓬勃發(fā)展,對高溫高壓裝置需求提升。科研人員在選擇高溫高壓裝置時,應該注意哪些內(nèi)容呢?
一、壓力與穩(wěn)定性
高溫高壓裝置最為關鍵的是壓力以及穩(wěn)定性,能否達到實驗所需壓力,這將決定實驗能否達到所需目的,只有當達到目標壓力時,某些反應與相變才可進行。
(石墨與金剛石的晶體結構)
例如,石墨烯具有優(yōu)異的光學、電學、力學特性,被認為是一種未來革命性材料,金剛石是自然界中硬度最高的物質之一,他們均為碳元素的同素異形體,可以相互轉化,在轉變過程中需要經(jīng)歷sp2-sp3的過程,需要處于5~6GPa,1000-2000℃的環(huán)境下才可實現(xiàn)石墨到金剛石的轉化,在較低的壓力下,無法進行此轉化。
對于相變,鉍元素會在2.55GPa、2.75GPa7GPa時發(fā)生相變,其物理化學性能會發(fā)生變化。例如,其電阻會升高或降低,基于此,我們對鉍的電阻進行測量,可以對高溫高壓設備的壓力進行標定。由此可見,壓力是高溫高壓設備十分重要的一項性能,只有當壓力能夠到達實驗所需目標壓力時,實驗才可進行,同時壓力穩(wěn)定性的高與低同樣會對實驗結果產(chǎn)生一定影響。
RTK公司可提供多種高溫高壓設備,其壓力范圍可達300-20GPa的范圍選擇,同時用伺服電機進行調節(jié),可以產(chǎn)生非常陡或非常平的壓力曲線,不產(chǎn)生振動,避免液壓系統(tǒng)的壓力波動多段分別對壓力、時間進行設定,產(chǎn)生用戶需要的壓力曲線,同時將實際壓力和設備狀態(tài)信息傳輸?shù)絇LC控制系統(tǒng)調節(jié)伺服電機,調節(jié)實際壓力,使其趨近設定壓力,在自動控制下,只有伺服電機對壓力進行調節(jié),設備噪聲極小,非常適合實驗室使用。
二、溫度
溫度同樣是高溫高壓反應中至關重要的物理量,在吉布斯-亥姆霍茲方程中,反應的進行同時與溫度有關,壓力與溫度同時影響著反應進行的方向,并且溫度也影響這反應發(fā)生的速率,因此能夠穩(wěn)定升溫與控溫是十分重要的。RTK壓機的溫度范圍為25~2000℃,由Eurotherm溫控表進行程序控溫,實時監(jiān)控溫度。
三、國產(chǎn)高溫高壓裝置
中國高溫高壓裝置技術,雖然起步較晚,但發(fā)展迅速。近20年,國內(nèi)很多科研單位先后建立了高水平高溫高壓實驗平臺,具有覆蓋地表至地心溫壓環(huán)境的各類裝置以及多種可進行原位/非原位觀測的技術,在高壓礦物物理、實驗巖石學和地球化學等領域取得重要進展。[1]
RTK高溫高壓設備對標與國際,能夠極大限度的滿足用戶的需求,核心部件采用精密材料制造而成,適用于需要高溫高壓環(huán)境并精確控制高溫高壓條件的各項科學研究,并可實現(xiàn)溫度與壓力的自動調節(jié),可以更精密地控制實驗條件,提供穩(wěn)定可靠的壓力與溫度實驗環(huán)境。
參考文獻
[1].《高溫高壓裝置研制和技術創(chuàng)新的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢》吉林大學,中國地質大學 巫翔,高春曉,王超