摘要 HDAC(HydrothermalDiamond-anvilCell),中文一般稱之為熱液金剛石壓腔,是由中國科學(xué)院三亞深??茖W(xué)與工程研究所(籌)深海極端環(huán)境模擬研究實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人周...
HDAC(Hydrothermal Diamond-anvil Cell),中文一般稱之為
熱液金剛石壓腔,是由中國科學(xué)院三亞深??茖W(xué)與工程研究所(籌)深海極端環(huán)境模擬研究實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人周義明(I-Ming Chou)和美國康奈爾大學(xué)教授W. A. Bassett于1990年在金剛石壓腔(Diamond-anvil Cell)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種
高溫高壓實(shí)驗(yàn)設(shè)備。后經(jīng)周義明的大力推廣,最終將該技術(shù)介紹到世界各國,并得到同行的廣泛學(xué)習(xí)運(yùn)用。近年來,HDAC技術(shù)已經(jīng)在地質(zhì)及地球化學(xué)領(lǐng)域取得了大量成果,如通過熱液金剛石壓腔結(jié)合拉曼光譜方法對冰的高壓相進(jìn)行了原位觀察及熔點(diǎn)的測量研究,實(shí)驗(yàn)獲得了低溫高壓下不同相態(tài)冰的拉曼光譜,結(jié)果發(fā)現(xiàn)了一種新的高壓冰相,該成果發(fā)表在SCIENCE上。
圖1 最新式HDAC(Type V)的結(jié)構(gòu)圖
最新式HDAC(type V)的結(jié)構(gòu)組成主要包括不銹鋼腔體、陶瓷底座、加熱電阻絲、熱電偶、金屬墊片以及上下兩顆金剛石對頂砧等(圖1)。實(shí)驗(yàn)時(shí),樣品存放在金屬墊片的孔洞內(nèi),上下兩顆金剛石壓合在金屬墊片上,它們共同組成一個(gè)封閉的樣品腔,通過旋轉(zhuǎn)螺絲施壓,使樣品腔封閉。上下兩顆金剛石底座的周邊纏繞電阻絲,金剛石側(cè)壁粘貼熱電偶,達(dá)到加熱和測量溫度的效果。實(shí)驗(yàn)一般采用純H2O作為壓力介質(zhì),不銹鋼片、錸片、銥片等作為HDAC的金屬墊片。
與其它傳統(tǒng)的高溫高壓實(shí)驗(yàn)設(shè)備相比,HDAC具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢:(1)具有較寬廣的樣品溫度范圍(-190~1000℃),壓力最高可達(dá)6GPa;(2)相對于傳統(tǒng)的高溫高壓實(shí)驗(yàn)設(shè)備,具有安全系數(shù)高的特點(diǎn);(3)易于裝載樣品,在做完一次實(shí)驗(yàn)后,無需打開樣品腔,僅需通過旋緊或旋松加壓螺絲便能改變樣品腔內(nèi)H2O介質(zhì)的密度也因而改變了下次實(shí)驗(yàn)樣品的壓力;(4)可以原位觀察樣品的變化過程以及圖像的實(shí)時(shí)采集,也可以通過Raman、FTIR、同步輻射X射線等微束技術(shù)原位對樣品進(jìn)行定性或(和)定量分析。以上優(yōu)點(diǎn)使得HDAC具有較為寬泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
深海極端環(huán)境模擬研究實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)已完成整套熱液金剛石壓腔高溫高壓實(shí)驗(yàn)平臺的搭建工作。熱液金剛石壓腔高溫高壓實(shí)驗(yàn)平臺主要由HDAC、溫度控制器、光學(xué)顯微鏡、數(shù)碼攝像頭、圖像實(shí)時(shí)顯示和記錄設(shè)備以及用于保護(hù)金剛石對頂砧在高溫時(shí)不被氧化的混合氣體(氬氣和氫氣)的導(dǎo)入和排放系統(tǒng)等組成(圖2)。目前,已完成熱液金剛石壓腔實(shí)驗(yàn)平臺的溫度校準(zhǔn)工作,該實(shí)驗(yàn)平臺已達(dá)到投入科學(xué)研究的要求。(據(jù):中國科學(xué)院)
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