无机合成无机材料的高压合成与制备
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开展高压条件下的物质相变、高压合成的原位
测试。但是若以合成材料作为研-3究目3的，微型
金刚石对顶砧的腔体太小(约10 mm )，难于 取出试样来进行产物的各种表征及作其它性能
的测试。
通常，以产物合成为研究目的的高压装置 都采用具有大腔体(10 -1 cm 3，甚至数百cm 3 )的 大型高压装置(如两面顶和六面顶压机等)。其中 还有一种压腔较小(仅比金刚石对顶砧大很多)的 装置，压强可达30GPa，它也可以和同步辐射及 其它测试装置联用，进行一些原位测试。进行工 业生产使用的工业装置，压腔一般比较大，压强 可以达到8GPa。
通常需要高压手段进行合成的有以下几种情况： 1. 在大气压(0.1MPa)条件下不能生长出满意的晶体； 2. 要求有特殊的晶型结构； 3. 晶体生长需要有高的蒸气压； 4. 生长或合成的物质在大气压下或在熔点以下会发生
分解； 5. 在wk.baidu.com压条件下不能发生化学反应而只有在高压条件
下才能发生化学反应； 6. 要求有某些高压条件下才能出现的高价态(或低价
2．高温的测量
在静高压装置高压腔内试样温度的测量中，最常 用的方法，是热电偶直接量浚法。因为是在高压作用 下的热电偶高温测量，技术上有较大的难度，如果积 累一定的经验，可以获得较高的测试成功率和精确度 。常用的热电偶有Pt30％Rh—Pt6％Rh，Pt—PtlO％ Rh，以及镍铬—镍铝热电偶。其中双铂铭热电偶的热 和化学稳定性很好，对周围有很强的抗污染能力，其 热电动势对压力的修正值很小，可适用于2000K范围 的高压下的高温测量。
常见的静高压产生装置有两类： 一、是利用油压机作为动力，推动高压装置 中的高压构件，挤压试样，产生高压。这类高 压装置，最常见的有六面顶(高压构件由六个顶 锤组成)高压装置和年轮式两面顶(高压构件由 一对顶锤和一个压缸组成)高压装置。年轮式两 面顶高压构件如下图所示。
二、是利用天然金刚石作顶锤(压砧)，制成 的微型金刚石对顶砧高压装置(diamond anvil cell，简称DAC)。这种装置可以产生几十GPa 到三百多GPa的高压，还可以与同步辐射光源 、X射线衍射、Raman散射等测试设备联用“j
法。根据情况需要，有时还可内、外加热法兼用。
2. 3 高压和高温的测量 1．高压的测量 高压合成要测量的物理量首先是作用在试样单位
面积上的压力，也就是压强。在高压研究的文献中， 一般都习惯地把压强称为压力，它不等于外加的负载 。在实验室和工业生产中，经常采用物质相变点定标 测压法。利用国际公认的某些物质的相变压力作为定 标点，把一些定标点和与之对应的外加负荷联系起来 ，给出压力定标曲线，就可以对高压腔内试样所受到 的压力进行定标。
态)以及其它的特殊的电子态； 7. 要求某些高压条件下才能出现的特殊性能等情况。
第2节 高压高温的生产和测量
2.1 高压的产生 1.静高压
利用外界机械加载方式，通过缓慢逐渐施加负荷挤 压所研究的物体或试样，当其体积缩小时，就在物体或 试祥内部产生高压强。由于外界施加载荷的速度缓慢 (通常不会伴随着物体的升温)，所产生的高压力称为静 态高压。
高压合成，就是利用外加的高压力，使物质 产生多型相转变或发生不同物质问的化合，而得 到新相、新化合物或新材料。众所周知，由于施 加在物质上的高压卸掉以后，大多数物质的结构 和行为产生可逆的变化，失去高压状态的结构和 性质。因此，通常的高压合成都采用高压和高温 两种条件交加的高压高温合成法，目的是寻求经 卸压降温以后的高压高温合成产物能够在常压常 温下保持其高压高温状态的特殊结构和性能的新 材料。
第3节 高压高温合成方法
从高压高温合成产物的状态变化看，合成产物有两 类：一是某种物质经过高压高温作用后，其产物的组成 (成分)保持不变，但发生了晶体结构的多型相转变．形 成新相物质。二是某种物质体系，经过高压高温作用后 发生了元素问或不同物质问的化合，形成新化合物、新 物质。人们可以利用多种高压高温合成方法来获得新 相物质、新化合物和新材料。
2. 2 高温产生 1．直接加热 利用大电流直接通过试样．可以在试样中产生高
达二千多开(K)的高温。利用激光直接加热试样、可产 生(2～5)×103 K的高温。冲击波的作用．可在产生高 压的同时产生高温。
2．间接加热通常可在高压腔内，试样室外放置一 个加热管(如石墨管，耐高温金属管，如Pt、Ta、Mo 管等)，使外加的大电流通过加热管，产生焦耳热，使 试样升温，一般可达2×103 K。这种加热法，称为内 加热法。还可以来用在高压腔外部进行加热的外加热
现在通用的是利用纯金属Bi(Ⅰ～Ⅱ)(2.5GPa)、 Tl(Ⅰ～Ⅱ)(3.67GPa)、Cs(Ⅱ～Ⅲ)(4.2GPa)、Ba(Ⅰ ～Ⅱ)(5.3GPa)、Bi(Ⅲ～Ⅳ)(7.4GFa)等相变时电阻 发生跃变的压力值作为定标点。我们有时也试用一维 有机金属络合物Pt(DMG)2(6.9GPa)和聚苯胺有机高分 子PAn—H＋(3.5GPa)材料的电阻—压力极小值作为定 标，效果也不错。
2. 动高压
利用爆炸(核爆炸．火药爆炸等)、强放电等产生 的冲击被，在μs～ps的瞬间以很高的速度作用到物 体上，可使物体内部压力达到几十GPs以上，甚至几 千GPa，同时伴随着骤然升温。这种高压力，就称为 动态高压。它也可用来开展新材料的合成研究，但 因受条件的限制．动高压材料合成的研究工作，开 展得还不多。
第六章 无机材料的高压 合成与制备
第1节 引 言
高温高压作为一种特殊的研究手段，在物理、化学 及材料合成方面具有特殊的重要性。这是因为高压作为 一种典型的极端物理条件能够有效地改变物质的原于间 距和原子壳层状态，因而经常被用作一种原子间距调制 、信息探针和其它特殊的应用手段，几乎渗透到绝大多 数的前沿课题的研究中。利用高压手段不仅可以帮助人 们从更深的层次去了解常压条件下的物理现象和性质， 而且可以发现常规条件下难以产生而只在高压环境才能 出现的新现象、新规律、新物质、新性能、新材朴。
开展高压条件下的物质相变、高压合成的原位
测试。但是若以合成材料作为研-3究目3的，微型
金刚石对顶砧的腔体太小(约10 mm )，难于 取出试样来进行产物的各种表征及作其它性能
的测试。
通常，以产物合成为研究目的的高压装置 都采用具有大腔体(10 -1 cm 3，甚至数百cm 3 )的 大型高压装置(如两面顶和六面顶压机等)。其中 还有一种压腔较小(仅比金刚石对顶砧大很多)的 装置，压强可达30GPa，它也可以和同步辐射及 其它测试装置联用，进行一些原位测试。进行工 业生产使用的工业装置，压腔一般比较大，压强 可以达到8GPa。
通常需要高压手段进行合成的有以下几种情况： 1. 在大气压(0.1MPa)条件下不能生长出满意的晶体； 2. 要求有特殊的晶型结构； 3. 晶体生长需要有高的蒸气压； 4. 生长或合成的物质在大气压下或在熔点以下会发生
分解； 5. 在wk.baidu.com压条件下不能发生化学反应而只有在高压条件
下才能发生化学反应； 6. 要求有某些高压条件下才能出现的高价态(或低价
2．高温的测量
在静高压装置高压腔内试样温度的测量中，最常 用的方法，是热电偶直接量浚法。因为是在高压作用 下的热电偶高温测量，技术上有较大的难度，如果积 累一定的经验，可以获得较高的测试成功率和精确度 。常用的热电偶有Pt30％Rh—Pt6％Rh，Pt—PtlO％ Rh，以及镍铬—镍铝热电偶。其中双铂铭热电偶的热 和化学稳定性很好，对周围有很强的抗污染能力，其 热电动势对压力的修正值很小，可适用于2000K范围 的高压下的高温测量。
常见的静高压产生装置有两类： 一、是利用油压机作为动力，推动高压装置 中的高压构件，挤压试样，产生高压。这类高 压装置，最常见的有六面顶(高压构件由六个顶 锤组成)高压装置和年轮式两面顶(高压构件由 一对顶锤和一个压缸组成)高压装置。年轮式两 面顶高压构件如下图所示。
二、是利用天然金刚石作顶锤(压砧)，制成 的微型金刚石对顶砧高压装置(diamond anvil cell，简称DAC)。这种装置可以产生几十GPa 到三百多GPa的高压，还可以与同步辐射光源 、X射线衍射、Raman散射等测试设备联用“j
法。根据情况需要，有时还可内、外加热法兼用。
2. 3 高压和高温的测量 1．高压的测量 高压合成要测量的物理量首先是作用在试样单位
面积上的压力，也就是压强。在高压研究的文献中， 一般都习惯地把压强称为压力，它不等于外加的负载 。在实验室和工业生产中，经常采用物质相变点定标 测压法。利用国际公认的某些物质的相变压力作为定 标点，把一些定标点和与之对应的外加负荷联系起来 ，给出压力定标曲线，就可以对高压腔内试样所受到 的压力进行定标。
态)以及其它的特殊的电子态； 7. 要求某些高压条件下才能出现的特殊性能等情况。
第2节 高压高温的生产和测量
2.1 高压的产生 1.静高压
利用外界机械加载方式，通过缓慢逐渐施加负荷挤 压所研究的物体或试样，当其体积缩小时，就在物体或 试祥内部产生高压强。由于外界施加载荷的速度缓慢 (通常不会伴随着物体的升温)，所产生的高压力称为静 态高压。
高压合成，就是利用外加的高压力，使物质 产生多型相转变或发生不同物质问的化合，而得 到新相、新化合物或新材料。众所周知，由于施 加在物质上的高压卸掉以后，大多数物质的结构 和行为产生可逆的变化，失去高压状态的结构和 性质。因此，通常的高压合成都采用高压和高温 两种条件交加的高压高温合成法，目的是寻求经 卸压降温以后的高压高温合成产物能够在常压常 温下保持其高压高温状态的特殊结构和性能的新 材料。
第3节 高压高温合成方法
从高压高温合成产物的状态变化看，合成产物有两 类：一是某种物质经过高压高温作用后，其产物的组成 (成分)保持不变，但发生了晶体结构的多型相转变．形 成新相物质。二是某种物质体系，经过高压高温作用后 发生了元素问或不同物质问的化合，形成新化合物、新 物质。人们可以利用多种高压高温合成方法来获得新 相物质、新化合物和新材料。
2. 2 高温产生 1．直接加热 利用大电流直接通过试样．可以在试样中产生高
达二千多开(K)的高温。利用激光直接加热试样、可产 生(2～5)×103 K的高温。冲击波的作用．可在产生高 压的同时产生高温。
2．间接加热通常可在高压腔内，试样室外放置一 个加热管(如石墨管，耐高温金属管，如Pt、Ta、Mo 管等)，使外加的大电流通过加热管，产生焦耳热，使 试样升温，一般可达2×103 K。这种加热法，称为内 加热法。还可以来用在高压腔外部进行加热的外加热
现在通用的是利用纯金属Bi(Ⅰ～Ⅱ)(2.5GPa)、 Tl(Ⅰ～Ⅱ)(3.67GPa)、Cs(Ⅱ～Ⅲ)(4.2GPa)、Ba(Ⅰ ～Ⅱ)(5.3GPa)、Bi(Ⅲ～Ⅳ)(7.4GFa)等相变时电阻 发生跃变的压力值作为定标点。我们有时也试用一维 有机金属络合物Pt(DMG)2(6.9GPa)和聚苯胺有机高分 子PAn—H＋(3.5GPa)材料的电阻—压力极小值作为定 标，效果也不错。
2. 动高压
利用爆炸(核爆炸．火药爆炸等)、强放电等产生 的冲击被，在μs～ps的瞬间以很高的速度作用到物 体上，可使物体内部压力达到几十GPs以上，甚至几 千GPa，同时伴随着骤然升温。这种高压力，就称为 动态高压。它也可用来开展新材料的合成研究，但 因受条件的限制．动高压材料合成的研究工作，开 展得还不多。
第六章 无机材料的高压 合成与制备
第1节 引 言
高温高压作为一种特殊的研究手段，在物理、化学 及材料合成方面具有特殊的重要性。这是因为高压作为 一种典型的极端物理条件能够有效地改变物质的原于间 距和原子壳层状态，因而经常被用作一种原子间距调制 、信息探针和其它特殊的应用手段，几乎渗透到绝大多 数的前沿课题的研究中。利用高压手段不仅可以帮助人 们从更深的层次去了解常压条件下的物理现象和性质， 而且可以发现常规条件下难以产生而只在高压环境才能 出现的新现象、新规律、新物质、新性能、新材朴。