Language
Country/Area
No result found
探索极端压力的奥秘：钻石压砧如何揭示行星内部的秘密？
钻石压砧（Diamond Anvil Cell, DAC）是一种可在极高压力下进行材料科学、地质学和工程学实验的高科技装置。其设计让微小的样品在高达770 GPa的压力下被压缩，这些压力大于地球核心的预估压力（约360 GPa），使研究人员能够模拟行星内部的条件并合成在常规环境下无法观察到的材料和相。这一技术对于揭示地球以及其他行星的内部结构和性质至关重要。
在这样的极端条件下，研究人员能够合成非分子氮冰、金属氢等前所未见的物质。
DAC的核心由两颗对称的钻石组成，其尖端称为「楔面」(culet)，样品被放置在两颗钻石的底部进行夹紧。研究人员可以使用已知的参考材料来监测压力，例如红宝石萤光或结构简单的金属，如铜和铂。 DAC的另一大优势在于其光学透明，研究人员可直接观察样品的行为，这为高议题的物质行为研究提供了便利。
钻石是一种非常坚硬且几乎不可压缩的材料，这样可以最小化在施加力量时的变形和故障。
DAC技术的历史可追溯至20世纪50年代，首个钻石压砧的原型在1957年至1958年被成功研制。与早期使用钨碳化物的布里奇曼压砧相比，DAC采用了自然界中最坚硬的材料——单晶钻石，使其成为现今最通用的压力产生设备。这项技术的演进使科学首页能够在各种环境下进行高压测试与观测，从而提升我们对地球内部及其他行星的了解。
DAC技术的引入不仅在材料科学中具有非凡的应用潜力，也支持了对天体物质的进一步探查。
DAC装置的主要组件包括：施力装置、两颗对置的钻石压砧、密封垫圈以及压力传递介质。施力装置负责施加力，通常利用杠杆、紧固螺丝或气压/液压压力。在这样的结构下，样本被压缩到其原本状态下的千倍甚至万倍，充分展示了材料在极端条件下的行为。
在测量压力的方法上，DAC可以透过X射线衍射和红宝石萤光的变化来精确测量压力，这对于寻求合适的压力进行物质实验至关重要。近年来，许多研究者专注于DAC在生物学领域的应用，测试微生物在极高压力下的生存能力。对于寻找外星生命的研究，DAC展示了其越来越广泛的应用潜力。
在2002年，科学家们使用DAC测试了大肠杆菌在1.6 GPa压力下的生存情况，结果显示有1%的细菌存活，展现了生命在极端环境下的韧性。
钻石压砧的设计使其能够适应多种实验需求，并且能兼容如低温测量、超导磁场等技术需求。这意味着DAC不仅是物理科学的上佳工具，亦是化学以及生物科学探索新领域的重要设备。
DAC的发展展示了科学界对高压环境下物质研究的热情，而随着科技的进步，我们对材料性质的理解也在不断深化。这一技术的进展不仅解释了地球内部的秘密，还可能揭示其他行星上是否存在生命的线索。随着DAC技术的不断创新，未来我们会看到哪些令人惊讶的发现呢？
