極端條件下材料的“密度-聲速”關係

《極端條件下材料的“密度-聲速”關係》是依託武漢理工大學，由胡曉軍擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：極端條件下材料的“密度-聲速”關係
• 項目類別：專項基金項目
• 項目負責人：胡曉軍
• 依託單位：武漢理工大學

項目摘要

極端條件下彈性聲速的研究，是提高對材料基本屬性認識的途徑之一。基於相對低壓和低溫實驗觀察得到的“密度-聲速”的線性關係——Birch定律，在高壓研究領域一直為高壓物理實驗工作者所套用。然而其在極端條件下（極高的壓力和溫度環境）是否成立，目前尚且缺乏足夠的實驗數據加以檢驗。本項目擬選用疏鬆的金屬鐵做為研究對象，套用衝擊波高壓實驗技術，結合近期發展成熟的聲速診斷手段，在衝擊壓力50-200GPa、溫度大約1000-4500K範圍內得到其彈性聲速，包括縱波、體波和橫波聲速數據。項目在較為寬廣的熱力學狀態範圍內得到聲速數據，一方面是對Birch定律的直接實驗檢驗，促進極端條件下彈性聲速的理論研究，另一方面也可以為地球物理研究外地核組分問題提供可靠的數據支持。

結題摘要

本項目旨在實驗研究在極高壓力和溫度下，材料的彈性聲速與密度之間的關係，檢測二者之間直線關係的論斷（即，Birch定律）是否成立。實驗手段採用衝擊動高壓實驗技術，用二級氣體炮產生150GPa以上的壓力和3000℃以上的溫度。實驗的研究對象是地球深部物質，金屬鐵或者矽酸鹽。項目之初的構想是首先在本單位（高溫高壓物理研究所）安裝了一門二級氣體炮，然後開展相應的實驗。目前二級氣體炮已經安裝完畢，正在進行後期的調試。項目負責人以及科研團隊已經掌握了二級氣體炮的發射和測試技術，從已有的調試數據來看，新安裝的二級氣體炮具備將60克彈丸發射到接近2km/s的發射能力，接下來的設備調試目標是將20克彈丸發射到5km/s，達到本項目所需的發射速度要求。同時本項目的實驗樣品的製備工作也已經完成，取得了較為理想的實驗樣品。 為了按期完成項目的研究工作，我們同時委託流體物理研究所（中國工程物理研究院下屬單位）進行了本項目前期的測試工作，實驗的高壓設備是二級輕氣炮。這些測試工作進行順利，已經獲取了6個實驗數據點。與前人的工作進行了對比分析，可以看出實驗數據質量很好。接下來的工作一方面是繼續調試二級氣體炮，儘快進行實驗測試，另一方面會同流體物理研究所繼續進行測試工作，爭取取得足夠充分的實驗數據，完成項目的研究內容和研究目標。預計在今年（2015年）上半年可以完成餘下的測試，在下半年整理數據、撰寫論文並且發表。 由於安裝並且調試二級氣體炮耗時較長，同時委託單位流體物理研究所的科研任務也比較繁重，所以在本項目的執行期限內未能完成全部的測試工作。項目負責人以及課題組成員有信心在今年完成本項目的研究工作，得到有價值的實驗數據，實現本項目的研究目標。此外，以本項目為基礎，項目負責人申請了一項國家自然科學基金青年基金項目，已經得到資助。