Una cella incudine di diamante riscaldata esternamente per la sintesi e la determinazione dell'elasticità monocristalli del ghiaccio-VII in condizioni di temperatura ad alta pressione

Riepilogo

Questo lavoro si concentra sul protocollo standard per la preparazione della cella dell'incudine di diamante riscaldata esternamente (EHDAC) per generare condizioni di alta pressione e alta temperatura (HPHT). L'EHDAC è impiegato per studiare materiali nella Terra e negli interni planetari in condizioni estreme, che possono essere utilizzati anche negli studi di fisica e chimica dello stato solido.

Abstract

La cellula incudine di diamante riscaldata esternamente (EHDAC) può essere utilizzata per generare contemporaneamente condizioni di alta pressione e alta temperatura presenti negli interni della Terra e del pianeta. Qui descriviamo la progettazione e la fabbricazione degli assiemi e degli accessori EHDAC, tra cui riscaldatori resistivi ad anello, strati isolanti termici ed elettrici, posizionamento della termocopia, nonché il protocollo sperimentale per la preparazione dell'EHDAC utilizzando queste parti. L'EHDAC può essere utilizzato regolarmente per generare pressioni di megabar e temperature fino a 900 K all'aria aperta, e temperature potenzialmente più elevate fino a ~ 1200 K con un'atmosfera protettiva (cioè Ar mescolato con 1% H₂). Rispetto a un metodo di riscaldamento laser per raggiungere temperature tipicamente >1100 K, il riscaldamento esterno può essere facilmente implementato e fornire una temperatura più stabile a ≤900 K e meno gradienti di temperatura al campione. Abbiamo presentato l'applicazione dell'EHDAC per la sintesi del ghiaccio monocristallo-VII e studiato le sue proprietà elastiche monocristallo utilizzando la diffrazione a raggi X a base di sincrotrone e lo scattering Brillouin in condizioni di alta temperatura ad alta pressione simultanea.

Introduzione

La cella dell'incudine di diamante (DAC) è uno degli strumenti più importanti per la ricerca ad alta pressione. Accoppiato con metodi analitici convenzionali e a base di sincrotrone, è stato ampiamente utilizzato per studiare proprietà di materiali planetari fino a pressioni multi-megabar e a ampie gamme di temperature. La maggior parte degli interni planetari sono in condizioni sia ad alta pressione che ad alta temperatura (HPHT). È quindi essenziale riscaldare i campioni compressi in un DAC ad alte pressioni in situ per studiare la fisica e la chimica degli interni planetari. Le alte temperature sono necessarie non solo per le indagini sulle relazioni di fase e fusi....

Protocollo

1. Preparazione del riscaldatore ad anello

1. Fabbricazione della base del riscaldatore ad anello
   1. Fabbricare la base del riscaldatore ad anello con una fresatrice a controllo numerico computerizzato (CNC) utilizzando pirofillite basata sul modello 3D progettato. Le dimensioni del riscaldatore sono di 22,30 mm di diametro esterno (OD), 8,00 mm di diametro interno (ID) e 2,25 mm di spessore. Sinterizzazione della base del riscaldatore nel forno a 1523 K per >20 ore.
2. Cablaggio
   1. Tagliare il filo Pt 10 wt% Rh (diametro: 0,01 pollici) in 3 fili di uguale lunghezza (circa 44 cm ciascuno).
   2. Avvolgere con cura ogni filo Pt....

Risultati

In questa relazione abbiamo utilizzato il microrito riscaldatore resistivo fabbricato e il DAC BX-90 per l'esperimento EHDAC (Figura 1 e Figura 2). La figura 1 mostra i processi di lavorazione e fabbricazione dei riscaldatori ad anello. Le dimensioni standard della base del riscaldatore sono di 22,30 mm di diametro esterno, 8,00 mm di diametro interno e 2,25 mm di spessore. Le dimensioni del riscaldatore ad anello possono essere reg.......

Discussione

In questo lavoro, abbiamo descritto il protocollo di preparazione dell'EHDAC per la ricerca ad alta pressione. I gruppi cellulari, tra cui un microri riscaldatore e strati isolanti termici ed elettrici. In precedenza, esistono più progetti di riscaldatori resistivi per diversi tipi di DAC o configurazioni sperimentali^{7,17,18,19,20}. La maggior parte dei riscal.......

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
Au	N/A	N/A	for pressure calibration
Deionized water	Fisher Scientific	7732-18-5	for the starting material of ice-VII synthesis
Diamond anvil cell	SciStar, Beijing	N/A	for generating high pressure
K-type thermocouple	Omega	L-0044K	for measuring high temperature
Mica	Spruce Pine Mica Company	N/A	for electrical insulation
Pt 10wt%Rh	Alfa Aesar	10065	for heater
Pyrophyllite	McMaster-Carr	8479K12	for fabricating the heater base
Re	Sigma-Aldrich	267317	for the gasket of diamond anvil cell
Resbond 919 Ceramic Adhesive	Cotronics Corp	Resbond 919-1	for insulating heating wires and mounting diamonds on seats
Ruby	N/A	N/A	for pressure calibration
Ultra-Temp 2300F ceramic tape	McMaster Carr Supply	390-23M	for thermal insulation