導電物質輸運性質的高溫高壓原位測試技術

《導電物質輸運性質的高溫高壓原位測試技術》是依託吉林大學，由朱品文擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：導電物質輸運性質的高溫高壓原位測試技術
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：朱品文
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

Seebeck係數直接與物質的電子結構與能帶結構相關，可作為研究高壓效應對物質電子結構影響的一個探針。高壓原位輸運性質研究一直是物理學、材料學以及地球科學研究的熱點問題。本項目擬將硬質合金碳化鎢（WC）頂錘、六面頂壓機技術相結合，實現沒有二級增壓的超高壓（壓力超過15 GPa、溫度2000 K）實驗技術，解決高溫高壓下原位測量Seebeck係數、電阻率等關鍵實驗技術，建立毫米級物質高溫高壓下原位Co基高溫氧化物Ca3Co4O9輸運性質-電導率、Seebeck係數測量的新實驗方法和技術。本項研究將為高壓科學提供新的技術支撐，為熱電材料研究提供新的研究思路和方法，為進一步認知導體物質輸運性質及其理論模型的建立、驗證和發展提供有力的科學依據。

結題摘要

導體物質輸運性質（電導率和塞貝克係數）在高壓下的變化，是研究導體物質高壓效應的直接探針。發展大腔體高壓原位物性測試技術，一直是高壓科學研究的重要內容。在本項目資助下，利用有限元軟體計算模擬最佳化六面頂高壓產生裝置硬質合金壓砧的力學結構、及其相匹配的密封傳壓介質材料，成功實現了不使用二級壓砧下的立方體高壓樣品腔體壓力高達15萬大氣壓強（GPa），將該裝置原有的壓力極限提高2.5倍。該項結果必將有力地促進我國從超硬材料生產大國向超硬材料強國邁進。研究如何實現在高壓樣品腔體中溫度場及其溫度梯度的精確控制，以及高壓條件下的導體物質輸運性質的測試迴路，成功實現高溫高壓下輸運性質塞貝克係數和電阻率的原位測試技術。該結果為大腔體高壓原位測試技術提供了新的實驗技術支撐，促進了高壓科學的研究。研究了熱電材料Ag2Te、As2Te3、In4Sn3等物質在高壓下的結構變化，發現並確定了多個高壓新相及其晶體結構。研究了Ag2Te高壓高溫原位輸運性質變化，發現壓力可有效提高Ag2Te熱電性能；首次在三維拓撲絕緣體Ag2Te中發現了壓力可實現體帯隙的增加，為拓撲絕緣體的實際套用開闢了新的方向；首次實驗證實了在Ag2Te中高壓相中理論預言的壓致金屬相變。利用該項目獲得的高壓技術，研究了多種過渡金屬硼化物的製備及物性，首次確定了廣泛爭議的WB4的晶體結構應該為W原子缺失的WB3結構，並得到WB3不是超硬材料的原因是由於W-B原子之間的電子轉移，弱化了B-B層的SP2鍵，最終影響WB3硬度；首次成功製備出理論預言MoB2不穩定存在的亞穩相α-MoB2，並得到該物質的維氏硬度值為15GPa；研究了MoB2中α與β相的硬度差異及其物理機制，提出了在過渡金屬硼化合物中構建三維或者準三維網狀結構，為設計新型多功能超硬材料的一個新思路。