Термическое уравнение состояния молибдена, определенное на синхротроне X

Научные отчеты, том 6, Номер статьи: 19923 (2016) Цитировать эту статью

2152 Доступа

27 цитат

4 Альтметрика

Подробности о метриках

Здесь мы сообщаем, что уравнение состояния (УОС) Mo получено с помощью комплексного метода лазерного нагрева DAC и синхротронной рентгеновской дифракции. Холодное сжатие и тепловое расширение Мо были измерены до 80 ГПа при 300 К и 92 ГПа при 3470 К соответственно. PVT-данные обрабатывались как термодинамическими методами, так и методами Ми-Грюнайзена-Дебая для термической инверсии EOS. Результаты согласуются и согласуются с данными статического сжатия с несколькими наковальнями, полученными Литасовым и др. (J. Appl. Phys. 113, 093507 (2013)) и теоретические данные Zeng et al. (J. Phys. Chem. B 114, 298 (2010)). Эти данные о высоком давлении и высокой температуре (HPHT) с высокой точностью, во-первых, дополняют и закрывают разрыв между экспериментом по резистивному нагреву и эксперименту по ударному сжатию.

Большой энтузиазм вызвали исследования материалов под высоким давлением, которые позволяют настраивать атомную и электронную структуру, а также создавать новые материалы. Значение давления необходимо получить из сдвигов дифракционных линий в стандартном материале, который смешивается с образцом и уравнение состояния давление-объем-температура (PVT) которого (EOS) хорошо известно1. Одним из наиболее важных вопросов является то, как точно оценить значения давления, особенно в условиях сверхвысокого давления и температуры2. Точное термическое EOS для твердых материалов может напрямую предоставить ценную информацию об их фазовых диаграммах и динамических характеристиках в экстремальных условиях3,4. До сих пор точное термическое EOS для некоторых переходных металлов, таких как Ti, Ta, W и Fe, было выполнено теоретическими или экспериментальными методами5,6. Как объемно-центрированно-кубический (ОЦК) 4d-переходный металл, Мо был предметом обширных теоретических и экспериментальных исследований, посвященных его кривой плавления и фазовому переходу твердое-твердое тело под высоким давлением7,8. Однако данных PVT EOS для Mo, особенно определенных по экспериментальным дифракционным измерениям, мало. Кроме того, ожидается, что теоретические исследования будут дополнительно подтверждены исследованием рентгеновской дифракции (XRD). Здесь мы получили EOS Mo до 100 ГПа и 3000 K с помощью интегрированного метода DAC с лазерным нагревом и синхротронного XRD.

Существует несколько экспериментальных факторов, которые могут вызвать разногласия между ОЭС: шкалы давления, формализм ОЭС, среда, передающая давление (ПТМ) и особенно экспериментальные методы. Предыдущие исследования были сосредоточены на экспериментах с ударной волной или теоретических методах получения EOS Mo, но до сих пор было проведено мало статических экспериментов9,10,11,12,13. В двух недавних статических экспериментах, о которых сообщили Чжао и др.14 и Литасов и др.15, были измерены PVT EOS для Mo с помощью синхротронной рентгенографии in situ или методов нейтронной дифракции. Данные Чжао и др. были получены на прессе с кубическими наковальнями типа DIA до 10 ГПа и 1475 К, с использованием NaCl в качестве шкалы давления и PTM14. Литасов и др. расширили условия ФТ до 31 ГПа и 1673 К, которые проводились с использованием многонаковаленных аппаратов типа Каваи15. Тем не менее, диапазоны PT этих исследований ниже, чем диапазоны, полученные с помощью методов лазерной наковальни (DAC). DAC с лазерным нагревом in situ стал уникальным статическим методом достижения сверхвысоких условий PT (P > 100 ГПа, T > 1500 K), что привело к многочисленным важным открытиям и новым явлениям16,17. В последнее время ЦАП с лазерным нагревом в сочетании с источниками синхротронного излучения претерпел быстрое развитие и стал мощным инструментом для измерений ЭОС18,19. А проблема осевого градиента температуры в слое образца была решена за счет внедрения технологии двустороннего лазерного нагрева.

В этой работе мы выполнили синхротронные рентгенографические измерения in situ в сочетании с методами двустороннего лазерного нагрева DAC, чтобы получить PVT EOS Mo с более высокой точностью и при более высоких условиях PT. Неон (Ne) использовался в качестве PTM для создания лучших условий гидростатического давления. Наименее спорная шкала давления MgO использовалась в качестве внутренних эталонов при высоких давлениях и температурах. Данные о высоких температурах обрабатывались как термодинамическими методами, так и методами Ми-Грюнайзена-Дебая для термической инверсии EOS. Настоящая методика с более высокой точностью дополняет пробел в данных между аппаратами с несколькими наковальнями и экспериментами по ударному сжатию.