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化学工程与装备 2022 年 第 12 期 234 Chemical Engineering&Equipment 2022 年 12 月 原位高压测试技术在高压结构原位高压测试技术在高压结构 及性质研究中的应用及性质研究中的应用 刘 骋（大庆油田有限责任公司第二采油厂第九作业区，黑龙江 大庆 163000）摘摘 要要：所谓的高压测试技术就是在不同压力条件下对物质的结构、状态和变化规律等进行研究的学科，在高压有关科学的研究中，主要就是以凝聚态物质作为研究对象，包括的领域为物理学、化学、材料学等等，需要将实验作为基础，通过特殊技术的利用，实现科学研究领域的创新。现阶段各种测试手段逐渐利用在高压测试结构中，较为诶常见的技术为高压电学测量和高压磁学测量的技术。本文主要分析原位高压测试技术在高压结构和性质研究的应用，以便加强对原位高压测试技术的深入理解，便于为高压技术的发展提供借鉴。关键词：关键词：原位高压测试技术；高压结构；性质研究；应用 高压实验技术在各个领域中都有十分广泛的利用，其主要被利用在高压极端情况下，目的就是为了更好的研究材料的特性，其不仅在物理领域中具有十分广泛利用，而且在化学和生物等多个领域中也有使用，属于是一种非常重要的研究成果。对于高压的相变研究主要用于测量体积的压力变化，但是从目前的利用情况看，高压物理研究还处于初始阶段，随着科学技术的迅速发展，高压物理科学迅速得到广泛发展和突破，所以加强原位高压测试技术在高压结构和性质领域的研究应用十分关键。1 1 原位高压测试技术在高压电学测量中的利用原位高压测试技术在高压电学测量中的利用 在高压结构和性质研究中利用原位高压测试技术具有显著的价值。因为在一定程度上，物质的结构相变会直接影响材料载流子的产生和散射效应，其将直接体现在电学性质上其对于电学参数得变化影响较大。另一方面，研究发现关于超导电性的研究性质是凝聚态，所以高压电学测量中，零电阻现象的分析需要考虑超导体本质特性，如此根据超导体属性将其利用与样品研究中，对于超导体的研究十分关键。因为从电极布局上看，金刚石压腔的样品属于是最为常见的方法，范德堡法对于电阻率的测量，适合运用在各种不规则的图形、材料中，其对于电极样品的接触面积要求比较小。在样品的边缘有几个不同的电极，不同触点之间的电压值不同，因此样品的电阻率计算公式可以设定为：expd RA+expd RA=1，其中，代表的是样品电阻率，d 代表的是样品厚度。所以对基于高压条件下的样品研究，应该利用科学有效的方法，此时的电阻率能够表示为=(d/ln 2)RA.现阶段，对于高压电学测量的布置方法包括两种，一种是手工布线技术，另一种是集成电极技术。手工布线主要利用的材料为极细的金属丝电极，电极主要布置在样品腔中，每根电极的使用需要保证规格相同，如此方可尽量地减少接触面积。同时，电极和垫片之间应该积极地做好绝缘，绝缘物质可以选择立方氮化硼，具体实施步骤如下：首先，需要加强充分利用金刚石作为材料，通过顶砧对垫片进行预压，预压在必要的厚度，然后再利用激光打孔或者电火花打孔在垫片位置制备样品，便于后续实验的开展。其次，绝缘粉对于测验的实施也发挥着十分关键的作用，因此需要将立方氮化硼与环氧树脂以 10：1 进行混合，在将其研磨之后，在适宜的温度下对绝缘位置烘干。之后也需要将适量绝缘粉填入样品腔中，保持绝缘粉可以压致密实状态，这个过程中需要格外注意，绝缘粉的利用不能过少，防止发挥的绝缘效果会不理想。不仅需要样品腔中具有垫片，在压痕侧壁也需要有绝缘粉，如此方可保证理想绝缘效果。最后，如果利用绝缘粉在垫片位置进行样品腔制备，此时品腔的大小需要合理保持。手工布线也是原位高压测试技术利用非常关键的部分，手工布线对操作者具有较高的要求，需要操作者通过多种实践积累经验，如此方可保证实验的有效开展。金刚石压砧上集成薄膜微电路的程序如下所示：首先需要通过对磁控溅射方法的利用，在金刚石上边制备一层薄薄的绝热氧化铝薄膜；其次在氧化铝表面进行金属钼的制备，其厚度大概为 3m；然后通过光刻的方法，将所需的薄膜制备成电极，保证在电极上方制备更加安全，通过刻蚀探测窗分析电极的接触端；最后如果要想将电线引出，就要利用粘电极。所需材料属于是薄膜微电路，钼金属相对来说硬度较大，其变相压力能够达到 210 GPa，对于加工更加方便。在科技领域不断更新发展形式下，高压电学测量技术利用范围较为广泛，而且在各个高压领域得到显著的发展成果。2 2 原位高压测试技术在高压磁学测量中的利用原位高压测试技术在高压磁学测量中的利用 在物理学研究中，物质的磁性十分关键。高压状态下磁DOI:10.19566/35-1285/tq.2022.12.031 刘 骋：原位高压测试技术在高压结构及性质研究中的应用 235 学的变化形态十分复杂，不同的电压条件会造成磁性质变化，因此需要将原位高压测试技术利用在高压磁学测量中，从而为多个领域的高压情况研究奠定基础。如果在高压形态下开展磁性测量，就要通过工具的利用实现，主要利用的工具为感应线圈，其利用原理就是对磁量的测量，期间可以根据有效地对磁通量变化划分，有效的实现对交流和直流磁性测量。在实际的研究中，测量高压样品主要利用的方法还是交流互感法。互感法运用过程中，需要在金刚石附近布置线圈，如此方可实现有效的磁化率测定。互感法交流磁化率其主要的工作原理就是根据法拉第电磁感应定律作为依据，法拉第电磁感应定律利用中，电力磁通量会根据是的电压状况发生感应电动势。当其在利用激励线圈实施交变电流交流的时候，就会明显在激励线圈内部形成一个交变的磁场，此时处于磁场中的样品在磁化后，会在线圈两端发生感应电动趋势，从而直接影响电压变化状况。如果在激励线圈中内置一个补偿线圈，在使用过程中，线圈两端会出现磁场感应电动势。如果串联感应线圈与补偿线圈，必然会实现磁性的互相抵消。线圈绕制的时候，设置的参数在一定程度上会直接影响磁性效果，但是这个过程中对于噪音的出现是不可避免的。如果在回路位置加入微调线圈，就可以在无形中减少噪音。至于磁化率的样品测试，需要利用专业工具对其信号幅值进行测量，如果利用锁相放大器显示出的信号幅值为 V fkniNv/D，所以这个过程中，利用 f、i 两个字母分别表示的指标为激励电流频率与幅值，那么 n、k 就分别表示的为匝密度和层数，N 所代表的含义为感应线圈的匝数，D 所表达的含义为激励线圈内径，在科学的磁化率测量中，f、n、N 等字母可以表示常数，和 V 之间的关系是成正比，只有 V 的变化与的形式会有相关关系。开展实验测量的主要原理是：在外部磁场不够稳定的情况下，样品超导环境就会在无形中受到破坏，所以就会直接导致磁场的变化率持续变为1 变为 0。临界磁场也需要引起重视，只有磁场的温湿度变化得到控制，关系设定为 Hc=H01-T/Tc 2，其中 Hc 表示的就是温度在 T 状态下，磁场的临界值，H0代表温度 0 K 状态下的临界磁场。同时在激励线圈和补偿线圈外部加入一个调制线圈，就可以更好地对信号进行保证。如果样品处于超导态，那么磁场就会比临界值更小，如果此时样品长期处于一种超导态，那么在磁场大于临界磁场的时候，样品的超导态就会被破坏，从而其形态转化为正常态。这种态势的转变和磁场大小相关，但是和磁场的方向没有直接的关系，所以这个时候反向磁场就会发现同步转变。在对线圈产生周期进行调制的时候，被测样品就会发生交流磁化率的转变，转化情况从 0 到1。此时就可以充分利用一个额外的锁相放大器对线圈进行锁定，然后分析驱动线圈的频率，低频磁场能够调制超导态的样品，这种情况下就能够科学的磁场噪音得到控制，降低其对周围环境影响。综上所述，在科学信息技术迅速发展情况下，高压结构利用范围变得更加广泛，所以此时只有加强对高压技术的利用，积极的原位高压测试技术利用在高压性质分析中，方可提供大量有价值的数据。随着高压结构的不断变化，高压实验技术不断发展，实验测试中得到的几线压力值更高，更能够为后续的业务开展提供保证，对于实验样品中存在的尺寸变小和金刚石的特殊结构问题，现有的许多实验中研究不是十分理想，所以在后续的实验研究中，需要通过原位测量技术的利用，实现对高压结构和性质的分析。参考文献参考文献 1 邓二平,孟鹤立,王延浩,等.高压大功率器件用 6 kV/180高温反偏测试装置研制J.中国电力,2021,54(2):133-139.2 韩恩厚.核电高温高压水中材料腐蚀关键测试技术J.中国材料进展,2020,39(7):519-526.3 苏磊,杨国强.动态压力加载/卸载装置 dDAC 及原位表征技术研究进展J.高压物理学报,2021,35(6):28-36.4 郭锦棠,杜江波,冯杰,等.高温高压钻井用堵漏材料的制备及性能研究J.天津大学学报,2021,54(6):593-598.5 顾超,王善民,赵予生.高温高压条件下纳米材料强度的测试和分析方法J.地球物理学报,2021,64(10):3532-3545.6 熊魁,岳长喜,李鹤,等.高压电流互感器容性泄漏误差原理及测试方法研究J.高压电器,2021,57(8):177-183.7 黄艳萍,黄晓丽,崔田.原位高压测试技术在高压结构及性质研究中的应用J.物理,2019,48(10):650-661.8 张广东,吴铮,李钇池,等.高温高压非稳态气水相渗测试装置及方法J.特种油气藏,2021,28(2):78-82.