沖擊加載過程中石英誘導水的晶化效應研究.pdf

1、水是自然界最為常見的液體物質，是包括人類在內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性質，因此它總是受到學術界的關注。在靜高壓實驗中水的液-固相轉變早被人們發(fā)現，而且已證實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冰?這一問題引起了做沖擊波物理學者們的注意。然而在動態(tài)加載過程中如何能夠獲取水結冰的信息成為一個難題。原因是沖擊波加載是一個ps-ns的瞬態(tài)作用過程，在極

2、短時間內要捕獲物質結構發(fā)生變化的信息是一件難度較大的工作，它需要的設計合理的實驗設計方案，不僅要求實驗診斷技術測試靈敏度高、而且測試技術的同步性要易于控制。水的快速結晶過程已被成功于分子動力學模擬，然而獲得水沖擊結冰的直接實驗證據很少，目前僅限于Dolan的報道。而Dolan的實驗結果顯示水的結冰只發(fā)生于使用硅玻璃窗口的情況。有外界效應的作用時，通常會改變水的結冰溫度。那么就存在以下疑問，一、在石英作用下水結冰發(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、硅玻璃誘導水結冰的機理?本文發(fā)展了一套在線光透射測量技術對水的結冰問題做了進一步的實驗研究，獲得以下方面的結論：
　　 (1)本文改進的彈載光源沖擊加載技術，彈丸速度在700m/s以內可以穩(wěn)定工作。使用該技術發(fā)現融石英在低于4.5GPa以內保持了良好的透明性。并證實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)現水在多次沖擊壓縮過程中發(fā)生結晶相變的壓力約為1.28GPa時，明顯低于Dolan報道的實驗結果；水的液-固相轉變極為迅速，在數十個納秒內達到對可見光產生散射效應的尺度；
　　 (3)實驗發(fā)現水發(fā)生液-固相變的熱力學狀態(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晶速率沒有影響。因此，本文認為夾于石英之間的水在沖擊壓縮過程中發(fā)生的結冰現象不能完全歸因于過冷所致；