Una célula de yunque de diamante calentada externamente para la síntesis y determinación de elasticidad de un solo cristal de Ice-VII en condiciones de alta presión y temperatura

Xiaojing Lai; Feng Zhu; Jin S. Zhang; Dongzhou Zhang; Sergey Tkachev; Vitali B. Prakapenka; Bin Chen

doi:10.3791/61389

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Artículo de método

Una célula de yunque de diamante calentada externamente para la síntesis y determinación de elasticidad de un solo cristal de Ice-VII en condiciones de alta presión y temperatura

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DOI:

10.3791/61389

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18 de junio de 2020

Xiaojing Lai¹^,² , Feng Zhu² , Jin S. Zhang³ , Dongzhou Zhang²^,⁴ , Sergey Tkachev⁴ , Vitali B. Prakapenka⁴ , Bin Chen²

¹Gemmological Institute, China University of Geosciences (Wuhan), ²Hawai'i Institute of Geophysics and Planetology, University of Hawai'i at Mānoa, ³Department of Earth and Planetary Sciences, University of New Mexico, ⁴Center for Advanced Radiation Sources, University of Chicago

En este artículo

Resumen

Este trabajo se centra en el protocolo estándar para preparar la célula de yunque de diamante calentada externamente (EHDAC) para generar condiciones de alta presión y alta temperatura (HPHT). El EHDAC se emplea para investigar materiales en la Tierra e interiores planetarios en condiciones extremas, que también se pueden utilizar en estudios de física y química de estado sólido.

Resumen

La célula de yunque de diamante calentada externamente (EHDAC) se puede utilizar para generar simultáneamente condiciones de alta presión y alta temperatura que se encuentran en los interiores de la Tierra y planetarios. Aquí describimos el diseño y la fabricación de los conjuntos y accesorios EHDAC, incluyendo calentadores resistivos de anillo, capas aislantes térmicas y eléctricas, colocación de termopar, así como el protocolo experimental para la preparación del EHDAC utilizando estas piezas. El EHDAC se puede utilizar rutinariamente para generar presiones de megabar y temperaturas de hasta 900 K al aire libre, y temperaturas potencialmente más altas hasta 1200 K con una atmósfera protectora (es decir, Ar mezclado con 1% H₂). En comparación con un método de calentamiento por láser para alcanzar temperaturas típicamente >1100 K, el calentamiento externo se puede implementar fácilmente y proporcionar una temperatura más estable a ≤900 K y menos gradientes de temperatura a la muestra. Mostramos la aplicación de la EHDAC para la síntesis de hielo-VII de cristal único y estudiamos sus propiedades elásticas de un solo cristal utilizando la difracción de rayos X a base de sincrotrón y la dispersión de Brillouin en condiciones de alta temperatura simultáneamente de alta presión.

Introducción

La célula de yunque de diamante (DAC) es una de las herramientas más importantes para la investigación de alta presión. Junto con métodos analíticos convencionales y basados en sincrotrón, se ha utilizado ampliamente para estudiar las propiedades de los materiales planetarios hasta presiones multi-megabar y a una amplia gama de temperaturas. La mayoría de los interiores planetarios están bajo condiciones de alta presión y alta temperatura (HPHT). Por lo tanto, es esencial calentar las muestras comprimidas en un DAC a altas presiones in situ para estudiar la física y la química de los interiores planetarios. Las altas temperaturas no sólo son necesarias para las invest....