实验背景
高温高压设备具有重要的工业应用基础和科学研究价值。物质在超高压极端条件下的行为研究被视为未来最有可能取得重大科学突破的研究领域之一，可广泛应用于国防、新能源、新材料、地学、行星科学、化学、凝聚态物理、生物医学等领域。其中应用于材料领域最经典的例子为人造金刚石、立氮化硼(cBN)等超硬材料的高温高压合成。然而，高压设备成本高昂，实验条件苛刻，试错成本高，因此，如何通过更低的成本、更高的效率推动高压科学与技术学科的发展，推动高压技术在工业上的普及和应用，推动更多的年轻学者加入到高压科学领域。超高压极端条件虚拟仿真实验的建设是理想的方案和迫切的需求。
实验目的
(1) 了解高压科学与技术的学科概况，了解高压技术的发展历程及前沿动态，了解高压实验装置的分类与区别。
(2) 了解国产铰链式六面顶大腔体静高压装置的构造与功能用途，了解高压实验组装。
(3) 熟悉基于六面顶大腔体静高压装置的超高压极端条件仿真实验，熟悉超高压下纳米透明陶瓷的烧结过程与步骤。
(4) 对于学习模式，能在提示下学习完成超高压条件下纳米透明陶瓷的烧结仿真实验，对于考核模式，能自主设定参数，完成超高压条件下纳米透明陶瓷的烧结仿真实验，理解实验原理并完成实验报告。
(5)理解该仿真实验适用于超硬材料合成等更多的研究和应用领域，建立健全学科的视角和素养。
实验原理
首先要了解什么是超高压极端条件，其次要明白技术上如何实现超高压环境，最后了解超高压的实际应用，包括合成与烧结，而烧结是本项目的切入点，后期可拓展更多的仿真实验，如合成实验中，石墨向金刚石的转变，很容易在本项目的基础上实现。
1. 超高压极端条件的概念及意义
超高压指的是压强超过1万个大气压（~1 GPa），宇宙中大约有90%以上的凝聚态物质均处于10万个大气压（10 GPa）以上的高压之中。压力、温度与化学组分（P-T-X）是决定物质结构和存在状态的基本热力学条件，在超高压极端条件下，凝聚态物质中的原子/分子距离将缩短，相互作用显著增强，原子内层电子可参与成键，原有的结构会被破坏，导致结构相变、物性变化(改变电磁相互作用状态)及核子间的强相互作用（核反应），合成新材料，甚至出现新的物理现象。高压为发现新的材料制备方法打开了一扇大门。高压合成技术在制备高性能的超导材料、磁性材料、热电材料、超硬材料和储氢能源材料的研究和发展中都有十分重要的意义并且已经取得了令人瞩目的研究成果。
2. 实现高温高压的技术与设备
(1) 动高压技术：动态超高压是利用炸药爆炸、高速物体碰撞、火花放电和强磁场压缩等方法产生的冲击波作为动力而在试样中获得的瞬时高压，动态产生的高压数值可高达几百万甚至几千万个大气压，并伴随着骤然的升温过程。实验上主要采用二级轻气炮装置。
(2) 静高压技术：与动高压相比，静高压是通过外界缓慢地施加负荷挤压传压介质，并在物体内产生相对长期维持的压力。静高压技术又可分：
A.小腔体技术（DAC压砧），压腔内可获得640 GPa高压，3000°C以上的高温。
B.大腔体技术（样品尺寸大于１mm3，主要包括两面顶压机与多面顶压机装置）。
3. 高温高压极端条件下材料的合成与烧结
高温高压极端条件常用于材料的合成与烧结，原理和应用分别如下：
(1) 高压极端条件下的新材料制备，大致可分两大类:
A. 高温高压相变转化法，最典型的例子是石墨→金刚石和六方→立方氮化硼的高温高压转化。
B. 高温高压化学反应法，高压能增加反应物的局部浓度、改变分子空间结构，它将会对反应的过渡态、中间产物和最终产物的种类与结构产生重大的影响。如小分子（H2、N2、Xe）中的双键或者三键在高下特别活泼，最近高压合成的Xe-H化合物是一个很好的例子。
(2) 高压极端条件下材料的烧结
烧结，是指把粉状物料转变为致密块体，是一个传统的工艺过程。人们很早就利用这个工艺来生产陶瓷、粉末冶金、耐火材料、超高温材料等。烧结过程直接影响显微结构中的晶粒尺寸、气孔尺寸及晶界形状和分布，进而影响材料的性能。传统常压烧结要求烧结温度达到材料熔点的大约百分之八十，过高的烧结温度使得晶粒长大，所以不易得到纳米结构的材料。而高压能抑制晶粒长大，获得具有纳米特性的块体材料。如纳米透明陶瓷的烧结。
实验仪器设备
本项目中涉及的仪器主要是大腔体静高压装置，具体而言，是国产铰链式六面顶大压机，它是我国具有自主知识产权的高压设备, 我国超硬材料行业正是基于对它的使用它才发展起来的，目前工业生产金刚石等超硬材料的正是此类大腔体超高压设备。
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