本实用新型专利技术涉及一种基于微波技术的高压下物质金属化转变检测装置，由微波发生器、微波传输线、DAC检测单元和参数检测装置构成，DAC检测单元有输入端和输出端，微波发生器通过微波传输线与DAC检测单元的输入端连接，将微波信号输入谐振腔中传播会发生来回反射，当波长与谐振腔尺寸匹配时，发生谐振；参数检测装置通过微波传输线与输出端连接。本实用新型专利技术将微波谐振腔与金刚石对顶砧相结合用于高压下检测物质金属化转变进程，提高了装置的抗干扰能力；本实用新型专利技术微波在检测时不需要探针电极与被测物体进行直接接触，所用微波的功率较低，产生辐射极少，不产生污染，垫片和样品替换方便，普适性强，广泛用于高压科学的物质金属化转变研究。化转变研究。化转变研究。
【技术实现步骤摘要】
一种基于微波技术的高压下物质金属化转变检测装置
[0001]本技术属于高压物质金属化转变检测
，具体涉及一种基于微波谐振技术研究高压下物质金属化转变的检测装置。
技术介绍
[0002]高压物理学是研究物质在极端压力作用下物理行为的学科，高压下能够获得物质结构和性质，对其他学科有重要的推动作用，如地球科学、凝聚态物理、化学、材料科学和生物科学等。金属化转变是指物质从非金属态变成金属态的现象，这种转变通常对应着结构相变，材料的物性也会随之改变。1925年英国物理学家伯纳耳提出：任何材料在足够大的压力下都可能变成金属，这是高压所产生的一种特有相变。近代高压物理的发展，证明了它的正确性，相应的相变压力称为金属化压力。反之逆过程，金属态转变成非金属态的现象，就是金属化转变的逆过程，也可以称之为非金属化转变。
[0003]高压实验检测物质金属化转变的技术有很多，如声波、磁场、电性、X射线和γ射线等，其中电学方法检测是最直接有效的手段。其中，高压电学检测方法主要是利用金刚石对顶砧(DAC)与四探针法结合，揭示物质高压下相变的结构特征和导电机理。
[0004]《铁的高压电学及结构相变研究》公开了采用四柱型DAC装置，使用在DAC砧面上布置金属引线和磁控溅射及光刻的方法，在DAC砧面上集成四点电极，进行了75μm细铁丝的高压电学研究，采用红宝石荧光技术对压力进行标定，结果表明样品在14.3GPa发生相变，电阻发生明显的变化，样品中的α相铁已经全部转换成ε相，高压下晶体结构发生变化，电学性质发生改变。但是，四探针法的应用具有局限性，四电极需要刻在金刚石上，需要电极与样品接触，限制超高压力施加。
[0005]微波技术经过几十年的飞速发展，成为应用技术研究热点，其是研究微波信号的产生、放大、传输、发射、接收和测量的学科。微波的频率很高，因此在一定相对带宽下，其实际可用频带很宽。微波频带宽，传输速率高。但是，目前微波在高压科学领域应用较少。CN109580662A利用微波技术，检测金属结构相变高压原位测量装置及测量方法，利用螺旋天线探测微波反射功率和透射功率，然后进行运算处理，得到被测样品的金属结构相变程度，并以此确定被测样品的金属结构高压相变点。但是，此方法的测试空间是在DAC内，周围是金属构件，测试容易受到环境的电磁干扰，而且，螺旋天线制作不易。
[0006]本技术是改善传统高压下电学检测技术方法的的局限性，将微波谐振腔与DAC相结合，避免外部电磁干扰，提高了装置的抗干扰能力。微波法属于非接触测量。同时本技术还具有无污染、普适性强和快捷等特点。
技术实现思路
[0007]本技术的目的就在于提供一种基于微波技术的高压下检测物质金属化转变的装置，以解决改善传统高压下电学检测技术方法的局限性，将微波谐振腔与金刚石对顶砧相结合高压下检测物质金属化转变的问题。
[0008]本技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0009]一种基于微波技术的高压下检测物质金属化转变的装置，由微波发生器1、微波传输线2、DAC检测单元3和参数检测装置4构成；
[0010]所述DAC检测单元3包括谐振腔9、设置在谐振腔9内的上金刚石对顶砧8、垫片11、用于盛放掺入红宝石粉末和传压介质样品13的样品腔12、下金刚石对顶砧14、下托块15、输入端17和输出端18以及设置在下托块15上的观测窗19；所述上金刚石对顶砧8与下金刚石对顶砧14对称设置在样品腔12的上下两侧；所述输入端17和输出端18安装在组成谐振腔9的上托块6上，且底部均伸入谐振腔9中，上托块6与下托块15通过4个螺栓5紧固；
[0011]所述微波发生器1通过微波传输线2与输入端17连接，将微波信号输入谐振腔9中传播会发生来回反射，当波长与谐振腔9尺寸匹配时，发生谐振；所述参数检测装置4通过微波传输线2与输出端18连接，将微波信号引出到参数检测装置4中。
[0012]进一步地，所述谐振腔9为矩形谐振腔或是圆形谐振腔，由上托块6、谐振腔壁7及垫片11围成，上托块6与谐振腔壁7为一体成型，垫片11设置于谐振腔壁7下方，与谐振腔壁7紧密接触，通过导电银胶10粘合在一起。
[0013]更进一步地，所述样品腔12设置在垫片11中。
[0014]更进一步地，所述上金刚石对顶砧8与谐振腔壁7的高度相同。
[0015]更进一步地，所述微波发生器1为压控振荡器(VCO)、宽频带微波源或矢量网络分析仪；所述微波传输线2在谐振腔9为矩形谐振腔时，使用波导传输或同轴传输线，在谐振腔9为圆形谐振腔时，微波传输线2使用同轴传输线；所述输入端17在矩形谐振腔中为SMA转接头或波导转接口，在圆形谐振腔中为SMA转接头；所述参数检测装置4为频率计、功率计或矢量网络分析仪。
[0016]更进一步地，所述谐振腔9为矩形时，其孔位于距中心点X＝0mm～3.5mm处，孔径大小100μm～1000μm，与金刚石砧面一样；为圆形时，其孔位于距中心点X＝0mm～2.5mm处，孔径为100μm～1000μm，与金刚石砧面一样；矩形谐振腔9与圆形谐振腔9的高度相同，都为2mm～3mm。
[0017]与现有技术相比，本技术的有益效果是：
[0018]本技术将微波谐振腔与金刚石对顶砧相结合用于高压下检测物质金属化转变及非金属化转变进程，有效改善传统高压下电学检测技术方法的局限性，同时具有非接触、无污染、抗干扰、功率低和普适性强等特点。微波在检测时可以不需要探针电极与被测物体进行直接接触，也可以达到目的。本技术所用微波的功率较低，产生辐射极少，所以基本不会产生污染。谐振腔法具有很强的抗干扰能力，只检测谐振腔中参数变化，基本不会受外界电磁环境的影响。垫片和样品替换方便，普适性强，广泛应用于高压科学的物质金属化转变研究。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0020]图1是本技术的微波技术物质金属化转变检测装置结构框图；
[0021]图2a是DAC检测单元的结构图；图2b是DAC检测单元的俯视图；
[0022]图3是频差Δf与压强P关系曲线图；
[0023]图4是品质因数Q与频率f关系曲线图；
[0024]图5是传输功率P
W
与频率f关系曲线；
[0025]图6是S参数与频率f关系曲线图；
[0026]图7是矩形谐振腔的电场分布图；
[0027]图8是矩形谐振腔频差随着样品腔距中心点位置X变化关系曲线图；
[0028]图9是矩形谐振腔中样品的频差Δf与初始频率f
非金属
变化关系曲线图；
[0029]图10是圆形谐振腔的电场分布图；
[0030本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于微波技术的高压下物质金属化转变检测装置，其特征在于：由微波发生器(1)、微波传输线(2)、DAC检测单元(3)和参数检测装置(4)构成；所述DAC检测单元(3)包括谐振腔(9)、设置在谐振腔(9)内的上金刚石对顶砧(8)、垫片(11)、用于盛放掺入红宝石粉末和传压介质样品(13的样品腔(12)、下金刚石对顶砧(14)、下托块(15)、输入端(17)和输出端(18)以及设置在下托块(15)上的观测窗(19)；所述上金刚石对顶砧(8)与下金刚石对顶砧(14)对称设置在样品腔(12)的上下两侧；所述输入端(17)和输出端(18)安装在组成谐振腔(9)的上托块(6)上，且底部均伸入谐振腔(9)中，上托块(6)与下托块(15)通过4个螺栓(5)紧固；所述微波发生器(1)通过微波传输线(2)与输入端(17)连接，将微波信号输入谐振腔(9)中传播会发生来回反射，当波长与谐振腔(9)尺寸匹配时，发生谐振；所述参数检测装置(4)通过微波传输线(2)与输出端(18)连接，将微波信号引出到参数检测装置(4)中。2.根据权利要求1所述的一种基于微波技术的高压下物质金属化转变检测装置，其特征在于：所述谐振腔(9)为矩形谐振腔或是圆形谐振腔，由上托块(6)、谐振腔壁(7)及垫片(11)围成，上托块(6)与谐振腔壁(7)为一体成型，垫片(11)设置...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩冰，胡学梅，张涛，马瑞祥，靳会超，周密，兰维永，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：
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