沖擊加載過程中石英誘導(dǎo)水的晶化效應(yīng)研究.pdf

1、水是自然界最為常見的液體物質(zhì)，是包括人類在內(nèi)所有生命生存的重要資源，也是生物體最重要的組成部分，被稱之為“生命之源”。水還具有許多奇異的物理和化學(xué)性質(zhì)，因此它總是受到學(xué)術(shù)界的關(guān)注。在靜高壓實(shí)驗(yàn)中水的液-固相轉(zhuǎn)變早被人們發(fā)現(xiàn)，而且已證實(shí)有十多種固相的存在。那么在動態(tài)加載過程中水是否也能結(jié)冰?這一問題引起了做沖擊波物理學(xué)者們的注意。然而在動態(tài)加載過程中如何能夠獲取水結(jié)冰的信息成為一個(gè)難題。原因是沖擊波加載是一個(gè)ps-ns的瞬態(tài)作用過程，在極

2、短時(shí)間內(nèi)要捕獲物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的信息是一件難度較大的工作，它需要的設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，不僅要求實(shí)驗(yàn)診斷技術(shù)測試靈敏度高、而且測試技術(shù)的同步性要易于控制。水的快速結(jié)晶過程已被成功于分子動力學(xué)模擬，然而獲得水沖擊結(jié)冰的直接實(shí)驗(yàn)證據(jù)很少，目前僅限于Dolan的報(bào)道。而Dolan的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示水的結(jié)冰只發(fā)生于使用硅玻璃窗口的情況。有外界效應(yīng)的作用時(shí)，通常會改變水的結(jié)冰溫度。那么就存在以下疑問，一、在石英作用下水結(jié)冰發(fā)生是否仍需要過冷?二、硅

3、玻璃對水的作用是一種間接作用還是直接作用?三、硅玻璃誘導(dǎo)水結(jié)冰的機(jī)理?本文發(fā)展了一套在線光透射測量技術(shù)對水的結(jié)冰問題做了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究，獲得以下方面的結(jié)論：
　　 (1)本文改進(jìn)的彈載光源沖擊加載技術(shù)，彈丸速度在700m/s以內(nèi)可以穩(wěn)定工作。使用該技術(shù)發(fā)現(xiàn)融石英在低于4.5GPa以內(nèi)保持了良好的透明性。并證實(shí)沖擊壓縮后再卸載的過程中對其透明性沒有明顯的影響；在低壓下融石英的彈性沖擊波速度基本保持不變，平均為5.99km/s；<

4、br>　　 (2)用融石英做為窗口材料，發(fā)現(xiàn)水在多次沖擊壓縮過程中發(fā)生結(jié)晶相變的壓力約為1.28GPa時(shí)，明顯低于Dolan報(bào)道的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；水的液-固相轉(zhuǎn)變極為迅速，在數(shù)十個(gè)納秒內(nèi)達(dá)到對可見光產(chǎn)生散射效應(yīng)的尺度；
　　 (3)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)水發(fā)生液-固相變的熱力學(xué)狀態(tài)都處于液相區(qū)，沒有深入到冰相區(qū)；壓縮路徑在跨越液-固相邊界前后對水結(jié)晶速率沒有影響。因此，本文認(rèn)為夾于石英之間的水在沖擊壓縮過程中發(fā)生的結(jié)冰現(xiàn)象不能完全歸因于過冷所致；