冲击加载下Gd 3 Ga 5 O 12 单晶起始塑性、双折射和高压折射率的实验研究
发布时间：2021-03-26 01:31
在冲击波物理和高压物理力学研究领域,窗口材料的高压物理力学性质和动态响应特性研究十分关键。一方面,在其它材料的物理力学性质的实验研究中,大多需要用到透明窗口作为压砧以维持高压状态,并且不透明的材料需要透过窗口传递光信号,以进行实时的连续时间分辨的速度或热辐射温度诊断,因此合适的窗口材料一直是科学家努力寻找的目标和研究的主题;另一方面,对于光学透明窗口材料,可以采用常规的光学观测手段,对其内部的动态响应和光学性质开展研究,由此建立的研究方法和认识可以为非透明材料的研究提供重要的参考。Gd3Ga5O12单晶（GGG）具有良好的高压光学透明性,是冲击波实验中一种重要的高阻抗窗口材料。目前,对于GGG单晶的高压物性和动态响应行为已经开展了一些研究,包括弹塑性转变、Hugoniot状态方程、高压电导率、光学吸收率、冲击相变、冲击温度和熔化、以及高压折射率等。在0 GPa～300 GPa实验压力范围,GGG单晶存在弹性响应→起始塑性→完全塑性响应→结构相变→冲击熔化等一系列转变,从速度波剖面上可以观测到弹塑性双波结构和弹性-塑性-相变三波结构。与此对应,各个相区的光学折射率变化则呈现不同的变化规律...
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１冲击压缩下，Ｂｉ接ＬｉＦ和Ａｌ２〇３窗口测得的界面粒子速度剖面图（取自文献｜１５】）??表１．１?７?ｋｍ／ｓ的Ｔａ飞片撞击窗口材料??３
?冲击加载下Ｇｄ３ＧａｓＱ１２单晶起始塑性、双折射和高压折射率的实验研宄???１ＣＴ??０?０．２?０．４?０．６?４?５?６?７?８??Ｘ，＾ｔｍ??图１．２室温下，ＧＧＧ单晶在不同波长下的吸收曲线（取自文献丨１７１）??稀土氧化物石榴石（空间群为Ｉａ３ｄ）的化学通式为Ａ３Ｂ５〇１２，是地球的地幔及其核幔??边界的主要成分之一丨１６］。Ｇｄ３Ｇａ＿ｓ〇ｉ２（礼镓石權石－ＧＧＧ）是石溜石氧化物的一种，在常温??下具有良好的光学透明性［１７］，如图１．２。由于其高度的不可压缩性，ＧＧＧ单晶的高压－高??温物性一直以来都受到地球物理和天体物理研宄人员的广泛关注。除此之外，这种石榴??石氧化物在实际工程技术中也有许多应用，例如用作固态激光晶体、磷光体、离子导体??和磁光器件等［１Ｍ９１。通过使用适当的掺杂剂，ＧＧＧ单晶可以用作压力传感器等ｌ２Ｇ＇２｜Ｉ。??另外在静高压实验中，由于ＧＧＧ单晶的高阻抗特性，可以被用作压砧材料来维持高压状??态［２２］。由于这些应用，ＧＧＧ单晶在高温－高压下的动态响应和光学性质特性具有非常重??要的研宄价值１２１２４１。??１．２国内外研宄现状??１．２．１?Ｇｄ３Ｇａ５０１２单晶的高压特性研宄??０山０出０１２单晶是动高压实验中速度测量和温度测量常用的窗口材料。有关于ＧＧＧ??单晶高压相变以及光学性质的变化等吸引了国内外学者广泛的关注：??１、冲击压缩下Ｇｄ３Ｇａ５〇１２单晶的相变研究。最早是１９％年Ｈｕａ等人［２５］利用静态压??缩结合同步Ｘ射线衍射实验，发现ＧＧＧ单晶在７４?ＧＰａ时仍为稳定的立方相结构。之??后随着压力的增加，衍射峰出现明显展宽，在８４?ＧＰａ吋衍射峰消失，样品转为
ｎｄｓ，?ｔｈｉｓ?ｗｏｒｋ?．?＿?．??？?Ｈｕｇｏｎｉｏｔ，?ｔｈｉｓ?ｗｏｒｋ?、??＾?８?＇?Ｃａｌｃ，?ｍｅｌｔ－ｌｉｎｅ，?ｔｈｉｓ?ｗｏｒｋ?＾?？??考??Ｃａｌｃ．?Ｈｕｇｏｎｉｏｔ?［８］?身??０?６－?Ｘ－?＾??１?＊?Ｉ????Ｉ?４＇?＾?－??：??０??■?１?？?１???１?？?１?■?１?????０?５０?１００?１５０?２００?２５０?３００??Ｐｒｅｓｓｕｒｅ?（ＧＰａ）??图１．３?Ｇｄ３Ｇａ５０１２单晶Ｐ－Ｔ图（取自文献丨１１］）??３、冲击压缩下０山０＾０１２单晶窗口光学性质研究。窗口材料的光学性质研究主要??关注两个部分：高压光学透明性和光学折射率。对于ＧＧＧ单晶的光学透明性，２０１７年??Ｌｉｕ等人［１２］使用高温计和ＤＰＳ进行了一系列研究，结果发现：在低压区域（４２?ＧＰａ？７５??ＧＰａ），随着冲击强度的增加，受冲击的ＧＧＧ的光学不透明度逐渐增加，并且在７５ＧＰａ??处达到峰值（由透明转为不透明）；在中压区域（７５?ＧＰａ？１００?ＧＰａ）光学不透明度下降??（由不透明转向透明在高压区域（大于１００?ＧＰａ）不透明度继续增加，ＧＧＧ单晶在??１３５?ＧＰａ转变为热力学温度黑体辐射窗口。可以看出ＧＧＧ单晶的透明度的恢复与固－固??相变的压力变化范围吻合［３Ｕ。合理推测ＧＧＧ单晶冲击压缩下透明度损失和恢复的现象??可能与其在冲击压缩下的固－固相变和塑性变形导致的微观结构变化相关。在冲击过程??中ＧＧＧ单晶发生的塑性变形引入了缺陷，该缺陷对探测光散射导致ＧＧＧ单晶的透明??４??
本文编号：3100689
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１冲击压缩下，Ｂｉ接ＬｉＦ和Ａｌ２〇３窗口测得的界面粒子速度剖面图（取自文献｜１５】）??表１．１?７?ｋｍ／ｓ的Ｔａ飞片撞击窗口材料??３
?冲击加载下Ｇｄ３ＧａｓＱ１２单晶起始塑性、双折射和高压折射率的实验研宄???１ＣＴ??０?０．２?０．４?０．６?４?５?６?７?８??Ｘ，＾ｔｍ??图１．２室温下，ＧＧＧ单晶在不同波长下的吸收曲线（取自文献丨１７１）??稀土氧化物石榴石（空间群为Ｉａ３ｄ）的化学通式为Ａ３Ｂ５〇１２，是地球的地幔及其核幔??边界的主要成分之一丨１６］。Ｇｄ３Ｇａ＿ｓ〇ｉ２（礼镓石權石－ＧＧＧ）是石溜石氧化物的一种，在常温??下具有良好的光学透明性［１７］，如图１．２。由于其高度的不可压缩性，ＧＧＧ单晶的高压－高??温物性一直以来都受到地球物理和天体物理研宄人员的广泛关注。除此之外，这种石榴??石氧化物在实际工程技术中也有许多应用，例如用作固态激光晶体、磷光体、离子导体??和磁光器件等［１Ｍ９１。通过使用适当的掺杂剂，ＧＧＧ单晶可以用作压力传感器等ｌ２Ｇ＇２｜Ｉ。??另外在静高压实验中，由于ＧＧＧ单晶的高阻抗特性，可以被用作压砧材料来维持高压状??态［２２］。由于这些应用，ＧＧＧ单晶在高温－高压下的动态响应和光学性质特性具有非常重??要的研宄价值１２１２４１。??１．２国内外研宄现状??１．２．１?Ｇｄ３Ｇａ５０１２单晶的高压特性研宄??０山０出０１２单晶是动高压实验中速度测量和温度测量常用的窗口材料。有关于ＧＧＧ??单晶高压相变以及光学性质的变化等吸引了国内外学者广泛的关注：??１、冲击压缩下Ｇｄ３Ｇａ５〇１２单晶的相变研究。最早是１９％年Ｈｕａ等人［２５］利用静态压??缩结合同步Ｘ射线衍射实验，发现ＧＧＧ单晶在７４?ＧＰａ时仍为稳定的立方相结构。之??后随着压力的增加，衍射峰出现明显展宽，在８４?ＧＰａ吋衍射峰消失，样品转为
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