基于动态加载的物性表征系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于动态加载的物性表征系统及方法，包括：依次连接的动态加载装置、信号发生装置以及物性表征装置；所述动态加载装置用于动态驱动快速实现金刚石对顶砧内待检测样品压力的变化；所述信号发生装置，用于产生所述电压信号并同步传输至所述动态加载装置和物性表征装置，使物性表征和动态加载同步实现；所述物性表征装置，用于基于所述同步信号展示所述待检测样本在压力变化下的物性表征，所述物性表征与动态加载同步实现；所述物性表征装置的时间尺度范围为秒

【技术实现步骤摘要】
基于动态加载的物性表征系统及方法


[0001]本专利技术涉及静态高压
，尤其涉及一种基于动态加载的物性表征系统及方法。

技术介绍

[0002]在静态高压研究中，时间通常是不相关或可忽略的实验变量。然而，时间是理解许多动态物理过程的一个重要参数。例如，研究材料物性和相变途径，在实验过程中受到各种驱动机制(热传递、应变、辐射、发光等)的影响，并且依赖于时间。相比于静态，动态用于一般含义，表示一个或多个实验参数的时间依赖性。然而自然界中对于大多数物理化学反应来说都是一个连续变化的动态过程，并不是实验中理想的平衡态或准静态。在材料研究中，了解材料在压力、温度和快速应变等极端条件下的动态响应是材料科学的基本科学探索和基本研究需求。具体而言，获得材料在大的时间、空间和能量范围内快速响应(加热或压缩)的微观描述是极具挑战的，但对于理解材料稳定性或亚稳态结构、相变动力学和机械形变等机制起到至关重要作用。
[0003]高压实验中，介于静态压缩和动态冲击波速率之间的中间压缩速率对材料性质的影响在很大程度上未被探索过。目前，高压实验科学主要集中在静态加载和冲击波实验。静态高压下的时间响应较慢，一般在分钟或以上时间尺度；而冲击压缩过程可在较短时间内达到很高压强，时间尺度一般在纳秒量级或更短。由于缺少在中间时间尺度(微秒)内的高压相变动力学研究，目前还无法解释静高压和冲击波实验结果的不连续性以及相变机制等的不一致性，也没有形成统一的物理机制解释不同时间尺度下观察到的物理现象。因而难以解释动态过程是如何从静态压缩的分钟量级过渡到冲击波实验的纳秒量级。因此需要在中间时间尺度或压缩速率内研究材料的相变物理过程。
[0004]因此，如何做到基于动态加载技术在微秒时间尺度内研究高压下物理、化学等性质随时间变化的动态过程，是当前课题亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种基于动态加载的物性表征系统及方法，用以解决现有技术中缺少微秒时间尺度的高压研究的缺陷，实现在秒到微妙时间尺度内的物性表征。
[0006]本专利技术提供一种基于动态加载的物性表征系统，包括：
[0007]依次连接的动态加载装置、信号发生装置以及物性表征装置；
[0008]所述动态加载装置，用于动态驱动快速实现金刚石对顶砧内待检测样品压力的变化；
[0009]所述信号发生装置，用于产生所述电压信号并同步传输至所述动态加载装置和物性表征装置，使物性表征和动态加载同步实现；
[0010]所述物性表征装置，用于基于所述同步信号展示所述待检测样本在压力变化下的物性表征，所述物性表征与动态加载同步实现；所述物性表征装置的时间尺度范围为秒
‑
微
秒。
[0011]根据本专利技术提供的一种基于动态加载的物性表征系统，所述信号发生装置包括：依次连接的电压放大器、函数发生器以及示波器；
[0012]所述电压放大器与所述动态加载装置连接，用于接收所述函数发生器输出的电压信号并将所述电压信号放大，并传输给动态加载装置；
[0013]所述函数发生器，用于生成函数波形信号，并传输给电压放大器，同时输出同步信号给动态加载装置和物性表征装置以实现同步，生成的函数波形信号和同步信号均由示波器监测。
[0014]根据本专利技术提供的一种基于动态加载的物性表征系统，还包括：激光器和光谱仪；
[0015]所述激光器，用于发送激光以激发金刚石对顶砧压机内样品的荧光信号；
[0016]所述光谱仪，用于检测所述荧光信号，反应所述待检测样本的压力。
[0017]根据本专利技术提供的一种基于动态加载的物性表征系统，还包括，LED光源和透镜；
[0018]所述LED光源，用于向所述动态加载装置内的金刚石对顶砧压机内待检测样品提供可见光源，以便观察待检测样品的形貌；
[0019]所述透镜，用于激光和来自待检测样品的光信号聚焦。
[0020]根据本专利技术提供的一种基于动态加载的物性表征系统，所述物性表征装置，包括：
[0021]快速荧光装置、高速成像装置以及快速电输运测量装置的组合；
[0022]所述快速荧光装置，用于检测所述待检测样本在压力变化下的荧光信号；
[0023]所述高速成像装置，用于展示所述待检测样本随压力变化下的形貌特征，基于所述同步信号同步实现高速光学成像；
[0024]所述电输运测量装置，用于展示所述待检测样本在压力变化下，基于所述同步信号同步实现电阻测量。
[0025]根据本专利技术提供的一种基于动态加载的物性表征系统，还包括：监视装置，与所述动态加载装置连接；所述监视装置用于监视所述动态加载装置内待检测样品的位置。
[0026]根据本专利技术提供的一种基于动态加载的物性表征系统，所述监视装置包括：摄像头监视器和聚焦透镜；
[0027]所述聚焦透镜设置于所述动态加载装置和摄像头监视器之间；
[0028]所述聚焦透镜，用于将所述LED光源发出的光线聚焦至所述动态加载装置中的金刚石对顶砧压机内；
[0029]所述摄像头监视器，用于在光线聚焦之后反馈所述动态加载装置中的图像信号。
[0030]根据本专利技术提供的一种基于动态加载的物性表征系统，所述动态驱动技术包括：气膜驱动或压电陶瓷驱动。
[0031]本专利技术还提供一种基于动态加载的物性表征方法，包括：
[0032]通过动态加载装置动态驱动快速实现金刚石对顶砧内待检测样品压力的变化；
[0033]通过信号发生装置产生所述电压信号并同步传输至所述物性表征装置，使物性表征和动态加载同步实现；
[0034]通过物性表征装置基于所述同步信号展示所述待检测样本在压力变化下的物性表征，所述物性表征与动态加载同步实现；所述物性表征装置的时间尺度范围为秒
‑
微秒。
[0035]根据本专利技术提供的一种基于动态加载的物性表征方法，还包括：
[0036]将待检测样品的可见光信号在所述动态加载装置的位置进行聚焦，直至在摄像头监视器中显示出清晰的图像；
[0037]启动激光器，调整激光强度，通过所述摄像头监视器中的图像将激光光斑照射至动态加载装置中的压力标记；
[0038]通过光谱仪检测所述压力标记并确认所述动态加载装置的输出压力。
[0039]本专利技术实施例提供的基于动态加载的物性表征装置及方法，通过基于金刚石对顶砧技术和动态加载技术，展示待检测样品在压力变化下的物性表征，通过物性表征装置在微秒的时间精度内检测待测样品在快速加载条件下实现实时的原位物性表征。
附图说明
[0040]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0041]图1是本专利技术提供的基于动态加载的物性表征系统的结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于动态加载的物性表征系统，其特征在于，包括：依次连接的动态加载装置、信号发生装置以及物性表征装置；所述动态加载装置，用于动态驱动快速实现金刚石对顶砧内待检测样品压力的变化；所述信号发生装置，用于产生所述电压信号并同步传输至所述动态加载装置和物性表征装置，使物性表征和动态加载同步实现；所述物性表征装置，用于基于所述同步信号展示所述待检测样本在压力变化下的物性表征，所述物性表征与动态加载同步实现；所述物性表征装置的时间尺度范围为秒
‑
微秒。2.根据权利要求1所述的基于动态加载的物性表征系统，其特征在于，所述信号发生装置包括：依次连接的电压放大器、函数发生器以及示波器；所述电压放大器与所述动态加载装置连接，用于接收所述函数发生器输出的电压信号并将所述电压信号放大，并传输给动态加载装置；所述函数发生器，用于生成函数波形信号，并传输给电压放大器，同时输出同步信号给动态加载装置和物性表征装置以实现同步，生成的函数波形信号和同步信号均由示波器监测。3.根据权利要求1所述的基于动态加载的物性表征系统，其特征在于，还包括：激光器和光谱仪；所述激光器，用于发送激光以激发金刚石对顶砧压机内样品的荧光信号；所述光谱仪，用于检测所述荧光信号，反应所述待检测样本的压力。4.根据权利要求3所述的基于动态加载的物性表征系统，其特征在于，还包括，LED光源和透镜；所述LED光源，用于向所述动态加载装置内的金刚石对顶砧压机内待检测样品提供可见光源，以便观察待检测样品的形貌；所述透镜，用于激光和来自待检测样品的光信号聚焦。5.根据权利要求1所述的基于动态加载的物性表征系统，其特征在于，所述物性表征装置，包括：快速荧光装置、高速成像装置以及快速电输运测量装置的组合；所述快速荧光装置，用于检测所述待检测样本在压力变化下的荧光信号；所述高...

【专利技术属性】
技术研发人员：林传龙，王毫，李俊龙，李梅，
申请(专利权)人：北京高压科学研究中心，
类型：发明
国别省市：