高温高压条件下纳米材料强度的测试和分析方法

基于高温高压同步辐射X射线衍射和飞行时间中子衍射实验,我们提出了一种通过衍射研究纳米材料本征力学性能的方法.实验通过高压压缩实验对纳米晶和微米晶Ni的变形行为进行了对比研究;二者在不同压力下的晶胞体积数据表明,纳米晶Ni具有明显的弹性软化现象,体弹模量比微米晶Ni减小约10％.研究结果表明,纳米晶Ni的整体抗压缩性减小是由于该材料纳米晶壳层呈现为张应力状态,具有较低的抗压缩性,这与分子动力学模拟结果一致.基于该方法,通过定量分析衍射峰的宽化和偏移,我们可以获得晶粒之间的高应力聚集区所产生的"微观/局部"屈服,以及整个样品在应力下所产生的"宏观/整体"屈服.我们的应变/直力图形分析方法还可以研究材料的屈服强度、高温高压条件下的晶粒破碎/长大、加工硬化/软化,以及多晶体中的固有残余/表面应变.本文提出的方法可以用于岩石矿物的高温高压流变强度的定量测定,为研究岩石圈以及地幔物质的蠕变对流提供了高科技的研究手段.     

二氧化硅对橄榄石热液蚀变反应速率和氢气形成的影响

橄榄石热液蚀变影响地球动力学和俯冲带挥发分(如水和碳)的再循环.二氧化硅是地质流体的重要成分之一.已有实验研究主要采用H₂O或者盐溶液作为初始物与橄榄石反应,而对二氧化硅对橄榄石热液蚀变反应和氢气形成的影响缺乏认识.本文在300～515℃和3.0kbar条件下开展水热实验(1bar=10⁵Pa),考察均匀混合的橄榄石和二氧化硅粉末与盐溶液(0.5mol L^-1的NaCl)反应产物和过程.使用傅里叶红外光谱分析建立标准曲线,测定了实验产物中蛇纹石和滑石的比例.结果显示,二氧化硅可以显著影响橄榄石的热液蚀变反应路径、反应速率和氢气的形成.在300℃、SiO₂含量为10wt%时,7天后橄榄石热液蚀变形成蛇纹石(占6.5%)和滑石(占12%).延长反应时间,蛇纹石和滑石并没有明显增加.形成蛇纹石的反应方程式为:4.5橄榄石+5.5SiO₂+4H₂O=蛇纹石.当初始物中SiO₂增加至20wt%以上时,橄榄石热液蚀变形成滑石.当SiO_2...