金刚石高压下的破碎、致密化和应力变化规律研究取得重要成果,被美国物理学联合会《科学之光》(AIP Scilight)专访报道

    四川大学原子与分子物理研究所高压科学与技术实验室彭放教授指导的硕士研究生管诗雪,利用本实验室静高压装置,结合高压原位同步辐射技术对高压下金刚石的破碎和应力变化规律进行了系统的研究,取得了很有价值的研究成果。该成果于2018123日发表在Journal of Applied Physics杂志上,同时美国物理学联合会的科学之光栏目AIP Scilight对该工作进行了专访报道。 

     

本文主要在不同的压力下对不同粒度的金刚颗粒进行冷压处理,利用扫描电子显微镜和激光粒度分析仪研究了金刚石在高压下的破碎行为。晶体形貌分析结果显示,金刚石的破碎过程主要分为三个阶段:(i) 棱角的破碎; (ii) 沿一定晶面的破碎; (iii) 破碎过程中颗粒不断的细化。从颗粒粒度分布统计发现,随着压力的增加,颗粒的破碎程度随着颗粒尺寸的增大而增大;当压力逐渐升高,在8.0 GPa范围内,金刚石颗粒的粒度逐渐趋于一个相对稳定的状态。本文还利用原位高压同步辐射装置研究了金刚石颗粒在压力达到35.1 GPa下颗粒间的应力分布。结果显示,在高压下金刚石颗粒间存在着高应力区和低应力区,且高应力区与低应力区之间存在着较大的应力差,这就解释了为什么在较低的外加载压力下,没有达到金刚石破碎压力,金刚石仍然发生较明显的破碎。我们还可以利用外加载压力,金刚石高压区与低压区应力分布,结合碳相图,在给定压力的条件下通过调节温度来减少烧结聚晶金刚石(PCD)过程中石墨相的存在,制备高质量的PCD。这一研究结果在科学研究领域和工业应用领域都有重要的意义。 

论文原文:“Fragmentation and stress diversification in diamond powder under high pressure,” by Shixue Guan, Fang Peng*, Hao Liang, Cong Fan, Lijie Tan, Zhiwei Wang, Yuanfen Zhang, Jiawei Zhang, Hong Yu, and Duanwei He, Journal of Applied Physics (2018).


网址:https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.5051749


Scilight新闻报道:“Lessons learned from mapping diamond powder stresses can lead to improved compactness” Mary Alexandra Agner; Scilight  2018, 2018, 490003.


网址: https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.5083616 


科学之光(Scilight):由美国物理学联合会出版。其主要目的是简要、及时的以及科普的报道物理领域的最新重要进展,帮助作者扩大成果的受众面和影响力。主要的关注对象是美国物理学联合会出版的科学研究论文,包括介绍论文的背景,论文的新颖性,以及论文的影响力。


 


 


 


四川大学原子与分子物理研究所


高压科学与技术实验室-管诗雪供稿


2018-12-10