高压物理学

1949 年以前，中国仅有叶企孙与汤定元先后在国外从事过高压研究。1956 年，高压物理被列入中国十二年科技发展远景规划。按照这个规划，中科院物理所何寿安于 1958 年首先着手建立在进行人造金刚石合成实验所需的高温高压技术和高压物性研究中比较通用的高压装置，并领导组建了国内第一个高压物理实验室。接着，中科院地质所在章元龙领导下也着手准备高压生长单晶金刚石所必需的高压条件。此后，地球物理所、地球化学所、力学所、中国科技大学、半导体所等单位结合各自专业，也相继开展了高压研究工作。上海硅酸盐所在并入章元龙领导的高压生长金刚石研究组后，也开始了高压研究工作。
     从1958年到60年代初，是中国高压物理研究的首创时期。这一时期，中国科学院的高压研究活动主要是建立高压实验技术。1962年前后，物理所和地质所为建立人造金刚石的高压合成实验条件，分别独立设计出单向加载四对45斜滑面式立方体型高温高压装置。70年代后期，中科院地球化学所与第六砂轮厂协作，研制成功单压力源三千吨级同类型装置。中科院物理所也根据他们独立设计的高压容器原理，建成了同一吨位的钢丝缠绕式大型高温高压装置。60年代初期，结合核武器研制的需要，中科院物理所进行了高压下凝聚态体积变化规律的测试和高压下凝聚态等温状态方程的研究，不仅发展了活塞型5万大气压静压高压测试装置和 p（压力）-V（体积）关系测定技术，还于1967年为高压下的p-V测定建成了中国第一台发射体的膛速度为每秒4.2千米的双级轻气炮。
     此外，该所的研究人员还提出了一个新的改进型的状态方程，在较宽的压力范围内弥补了穆奈亨（Mumaghan）状态方程的不足。凝聚态状态方程研究的另一个方面是超声研究，为了开展这一方向的研究，物理所建立了中国的第一个高压超声实验室，并提供了凝聚态格临乃森常数的测量数据。1979年，物理所在高压下固体相平衡的研究方面，开展了有关金属氢与固态分子氢相平衡的理论研究，指出了金属氢存在的压力下限，以及它的可能的超导转变温度（约 83K）；在碘酸锂的高压相变研究中，发现了两个新的高压相，并定出了它的p-T相图。1983年，物理所首先建成高压下X射线衍射实验室和喇曼散射实验室。1980年以后，物理所还新开展了高压下非晶合金的结构变态、结构弛豫和亚稳相形成规律的研究，已得到若干很有意义的新结果，这方面的研究很可能会进一步发展成为探索新材料的另一个重要的应用基础研究新领域。
     中科院力学所用电子计算机模拟法从理论上研究动态高压固体状态方程，计算出简单金属和贵金属的状态方程与雨贡纽（Hugoniot）曲线，得到了与实验符合得较好的结果。1963年，中科院物理所用静态高压法合成了磨料级人造金刚石。1965年又合成了立方氮化硼，随后实现了动态高压法合成。中科院力学所和物理所在 1970 年以后研制成功多晶金刚石块，推动了人造金刚石在地质勘探、矿山开采、石油钻头上的应用。80年代，中科院物理所在高温高压下直接由石墨生长的多晶金刚石和大颗粒烧结多晶金刚石研究方面，均达到国内最高水平，并应用于人造金刚石拉丝模工业生产。上海硅酸盐所章元龙等在 1970～1983 年期间，开展了单晶金刚石的生长及其生长机制的研究，于1980年研制成2～4毫米大小的人造金刚石单晶体。地球化学所也进行了人造金刚石合成研究。上海硅酸盐所和地球化学所还研制了Ⅱ型金刚石分选仪。
     自 70年代以来，中科院地质所、地球物理所等，根据各自领域的高压研究的需要，分别建立起以金刚石平面对顶钻高压装置、大型高压三轴仪和三千吨六压钻型高压装置为主要设备的地学高温高压实验室，并利用这些设备分别进行地球构造、构造运动、构造应力场的模拟实验，研究了地球演化过程中的成岩成矿、矿物物理及其稳定性、相变和其他物性问题。在地幔矿物的合成、滑石-辉石的相平衡曲线、合成硼铁矿的穆斯堡尔谱，以及玄武岩、榴辉岩和橄榄岩的高压熔化等课题的研究中，已发表了一些结果。1989年，中科院物理所、中国科技大学等单位先后建立了100GPa 以上的金刚石对顶砧高压实验技术装置。1991～1992年，中科院物理所建立了我国第一套高压下同步辐射能量色散X射线衍射实验系统。90年代开始开展的工作有：兆巴高压下绝缘体、半导体金属化转变，压致非晶化相变，同步辐射高压X射线衍射，高压喇曼散射，光吸收和反射等的研究。此外，从液态合金高压淬火直接制取三维块状非晶和纳米晶，把高压条件和技术应用到氧化物高温超导体的研究中，都取得了进展。