94、金刚石压腔：高压科学与法医科学的利器

金刚石压腔：高压科学与法医科学的利器

一、概述

1.1 简要介绍

高压科学与技术的众多惊人进展都源于金刚石压腔（DAC）的发展，它能够静态产生超过 300 万巴的压力，这比地球中心的压力还要大！在 DAC 的设计中，金刚石作为人类已知最坚硬且最不易压缩的材料，不仅能将力传递给样品，还能作为一个对广泛电磁辐射透明的窗口，为通过光学显微镜、光谱学（如拉曼、红外（IR）、布里渊）和衍射技术进行原位（在高压下）测量提供了理想的窗口。

本文简要总结了 DAC 的发展以及当今科学家使用的实验技术。将分别探讨金刚石压腔影响最大的两个领域：高压研究和法医分析。此外，还详细讨论了研究实验室中常见的四种 DAC 的设计和演变，包括 Merrill - Bassett DAC、四柱低温腔、Mao - Bell 兆巴腔和紧凑型（对称）圆柱腔，以及它们的实验能力。

1.2 DAC 的优势

巧合的是，已知最强的材料（金刚石）对广泛的电磁辐射也是透明的，因此 DAC 中的金刚石可以作为一个光学窗口，使实验人员能够在压力下观察或探测样品。借助显微镜，实验人员可以通过视觉或光谱学方法直接观察样品的相变。虽然金刚石能透过大部分电磁光谱，但透过程度强烈依赖于石头中的杂质；因此，必须仔细选择金刚石以确保特定实验的成功。基于金刚石光学性质的分类方法已被制定出来，作为选择实验用金刚石的指导。

两个明亮切割的金刚石将硬化钢支架产生的力传递到位于相对金刚石尖顶之间的样品上（图 1）。通过保持微小的样品尺寸，只需最小的力就能产生巨大的压力。由于样品尺寸极小，即使是最大的杠杆臂腔也可以在样品处于压力下时在实验室中手持携带（甚至可以在全国范围内运输）。除了减小高压设