先进大腔体超高压装置

成果描述：

10GPa以上的超高压静态压缩条件将可使绝大多数高强度金属及陶瓷材料进入整体塑性区，材料内部微区偏压力分布趋向稳定，并意味着其压缩行为数据在外推至更高压力区间时的可靠性显著提高。然而，发展与堆源相匹配的大腔体超高压原位中子衍射技术，要求在设计原理、关键技术及关键部件的研制上进行创新。本成果针对堆源中子散射谱仪，研究适用于原位子中子衍射的大腔体超高压加载技术和系统集成技术,包括大尺寸多晶金刚石复合压砧研制、压力加载及控制、高压腔样品封装与压力标定、中子束准直、衍射样品的精确定位与控制、衍射信号采集及背底消除等。将通过自行设计及研制高压加载关键技术及部件，并结合中子粉末衍射谱仪开展系统集成与实验验证研究，进一步提升现有的高压原位中子衍射实验平台的样品环境压力区间，发展具有自主知识产权的大尺寸多晶金刚石超硬复合压砧制备技术，在1毫米尺寸样品腔内实现约30GPa的超高压条件，为新一代超高压原位中子衍射实验研究平台的建立提供技术基础。研发和设计的平台及配套技术可以使毫米级样品在超高压下进行原位中子衍射，以实现超高压原位中子衍射技术的国际领先，并可应用到其它中子衍射平台，快速提升国内高压原位中子衍射平台的实验研究能力。本项目所研制的装置及相关技术，将显著扩展中子探测手段的应用领域，可开展对国防材料（包括重金属材料、含能材料）、能源材料（储氢材料与气水合物等）、非晶态材料（如玻璃、熔体等）、地学材料（如含水矿物等）与纳米材料等在高压下的结构、性能及行为的研究，并将在广阔的科学和工程领域发挥作用。 另一方面，本成果还将将大腔体二级增压技术发展成为了一种与国产六面顶一级压腔相兼容的通用嵌入式系统，方便国内六面顶大腔体静高压装置的升级。所研制装置用于合成超硬材料的二级大腔体静高压装置具有自主知识产权，与国外同类设备相比具有结构简单、操作方便、稳定可靠、运行成本低等优点，可产生40GPa以上高压、2000K以上高温，已成为具有明显技术创新优势的大腔体静高压系统，可广泛应用于材料的高温高压合成、凝聚态物质在高温高压极端条件下的行为与物性研究，并可快速推动我国的大腔体静高压技术迈入世界前列，在高压物理、地学研究等领域有相当的国内外潜在用户。

市场前景分析：

本成果所设计制造的先进大腔体静高压装置具有自主知识产权，可广泛应用于材料的高温高压合成、凝聚态物质在高温高压极端条件下的行为与物性研究，并可快速推动我国的大腔体静高压技术迈入世界前列，在高压物理、地学研究等领域有相当的国内外潜在用户。本成果所研制的装置及相关技术，将显著扩展中子探测手段的应用领域，可开展对国防材料（包括重金属材料、含能材料）、能源材料（储氢材料与气水合物等）、非晶态材料（如玻璃、熔体等）、地学材料（如含水矿物等）与纳米材料等在高压下的结构、性能及行为的研究，并将在广阔的科学和工程领域发挥作用。

与同类成果相比的优势分析：

新型一级大腔体静高压装置适用于堆源的原位中子散射，压力可达到30GPa、温度1500K，满足进一步国防研究需求。 二级大腔体静高压装置与国产六面顶一级压腔相兼容的通用嵌入式系统，方便国内六面顶大腔体静高压装置的升级，该二级大腔体静高压装置可产生40GPa以上高压，及2000K以上高温。 国内领先。