diamond-anvil细胞
的diamond-anvil压力单元,两个稀世钻石应用力样本,彻底改变了高压研究。diamond-anvil细胞几乎同时在1958年发明了工人美国国家标准局(现在的国家标准与技术研究所)在华盛顿特区,在芝加哥大学。的钻石细胞设计代表的逻辑产物布里奇曼的简单的压榨机,但它有一个显著的优势超过其他所有高压设备。钻石,而极强,对多种也是透明的电磁辐射,包括伽马射线、x射线、可见光、红外线和紫外线的地区。钻石细胞从而为高压研究人员提供了第一次有机会观察视觉的影响压力,它允许方便的访问多种实验技术,特别是x射线衍射穆斯堡尔(γ射线)、红外和拉曼光谱,和其他光学光谱。
钻石细胞非常的实用增强当阿尔文·范·Valkenburg原始钻石晶体的发明家之一的国家标准,把一个薄金属箔之间的垫片两diamond-anvil面孔。液体和其他流体样品可能因此被关在样品室定义的圆柱形垫片墙和平板钻石结束。1963年范Valkenburg成为第一个观察水、酒精等液体结晶在高压力。密封几何还首次允许x射线的段单一晶体和光学研究静水力加压流体介质。
diamond-anvil细胞保存所有记录的持续高企的压力。100年的平均绩点(兆巴)马克被地球物理学家超过1975年12月Ho-kwang毛泽东和彼得·m·贝尔,华盛顿卡内基研究所的地球物理实验室,在华盛顿特区,他们随后大约300 GPa达到钻石晶体压力。钻石晶体样品的加热电阻加热器和激光,扩展了访问由于条件于大多数的固体地球。
最高的瞬态实验室与高速炮弹,引起极端压力产生冲击压力(通常达到数百万大气压)为次的顺序1微秒。冲击波所产生的爆炸或gas-propelled炮弹产生戏剧性的物理性质的变化,以及快速的多态的转换。分时x射线或强烈的脉冲激光可以用来探测这些瞬态环境。而动态高压研究是有限的,在这样短的时间内进行精确测量的困难时期,这些冲击技术提供了洞察原子结构和性质的变化发生在极端条件下。爆炸冲击压缩也成为合成的一个重要工具微晶金刚石,在宝石和其它硬质材料的抛光。
高压物理和化学的影响
高压的主要影响,在所有材料,减少体积和相应的缩短意味着原子间的距离。重合,这些结构性的修改有很多变化,常常引人注目,在物理属性。
在四十年的高压的研究中,布里奇曼,他的作品获得了1946年诺贝尔物理奖,记录压力对电导率的影响,热导率、粘度、融化、反应动力学和其他材料属性。压力被发现诱导连续和不连续的变化。布里奇曼和其他观察顺利不同属性的趋势如电导率或体积和压强对大多数材料。然而,一些物质显示锋利,可再生的这些属性在特定压力的不连续性。戏剧性的突然下降的电阻和体积铋、铅和其他金属记录很仔细,布里奇曼提供了一个有用的内部压力他的实验标准。这些实验也证明了压力的有效性为研究连续属性的变化(在统一压缩)和不连续的变化(相变)。
相变
足够高的压力下,每一个材料预计将进行结构转换的密度,更紧密的原子安排包装。例如,在室温下气体巩固在压力不大于15的GPa。分子固体水冰(H2O)和四氯化碳(同4)经常接受一系列的结构性转变,以分子单位先后密集的安排。
不同的过渡模式中观察到氧化物、硅酸盐,和其他类型的离子化合物那组成大多数的矿物。在这些材料中,镁等金属或半金属原子(Mg)或硅(Si)包围定期四面体或八面体安排四个或六个原子氧(O),分别。高压相变的矿物质通常涉及一个结构重排,增加氧原子周围每个中心阳离子的数量。常见的矿物石英(SiO2),例如,包含four-coordinated硅低压,但它将密集超石英形式与six-coordinated硅约8 GPa。类似地,辉石矿物与公式MgSiO3在房间压力含有镁和硅在六,four-coordination分别,但辉石转换的钙钛矿结构eight-coordinated镁和硅six-coordinated以上25 GPa。这些高压相变的结果在一个密集的结构,增加包装效率原子组成。
英国科学家J.D.伯纳尔预测在1928年,所有事都应该最终成为金属在足够的压力,迫使重叠的电子轨道诱发电子离域。高压转换从绝缘体到金属首次观察到的碘,硅、锗和其他元素由美国化学家哈利g . Drickamer和他的同事伊利诺伊大学香槟分校在1960年代早期。随后,金属化已经被记载在几个元素(包括气体氙和氧气),以及众多的分子、离子、共价化合物。1996年威廉·j·内尔尼斯一个实验物理学家劳伦斯·利弗莫尔国家实验室,形成了金属化氢在大约140万个大气压的压力和温度高于3700°C。