周曉玲，王 潘

（哈爾濱工業(yè)大學(xué)(深圳)理學(xué)院, 廣東 深圳 510085）

從科學(xué)研究到日常生活、工業(yè)應(yīng)用，材料的受力和變形無處不在。材料力學(xué)是研究材料的應(yīng)力-應(yīng)變規(guī)律以及強(qiáng)度、剛度、失效極限等問題的科學(xué)。傳統(tǒng)材料力學(xué)多采用拉伸、壓縮等測試方法表征材料或構(gòu)件的宏觀力學(xué)性能。數(shù)十年來，高壓作為一種有效調(diào)控材料晶體結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)、制備新材料的先進(jìn)技術(shù)手段，在物理、材料學(xué)、化學(xué)等領(lǐng)域掀起了高壓與多學(xué)科交叉研究的熱潮。材料在高壓下發(fā)生形變，由此衍生出研究材料在高壓下的形變現(xiàn)象和規(guī)律的分支學(xué)科，即高壓材料力學(xué)。與傳統(tǒng)材料力學(xué)相比，高壓材料力學(xué)中除了對材料施加常規(guī)的單軸應(yīng)力或剪切力場外，還施加由靜水壓組成的三維應(yīng)力場。在這些耦合場的作用下，材料產(chǎn)生的現(xiàn)象和遵循的規(guī)律可能超出傳統(tǒng)材料力學(xué)理論的研究范疇，如近期發(fā)現(xiàn)的3 nm 超細(xì)納米晶中的位錯活動[1]、超細(xì)納米晶的晶粒細(xì)化增強(qiáng)效應(yīng)[2]、近室壓室溫下合成的六方金剛石和納米立方金剛石[3]、有束縛下界面最小化的強(qiáng)穩(wěn)定納米金屬制備[4]等，表明高壓材料力學(xué)極具研究價值和應(yīng)用潛力。

本文將梳理高壓力學(xué)領(lǐng)域的常用研究方法及其主要應(yīng)用，并介紹部分代表性研究成果，以期提供高壓力學(xué)領(lǐng)域的研究輪廓。

1 金剛石對頂砧結(jié)合X 射線徑向衍射法

金剛石對頂砧（diamond anvil cell，DAC）結(jié)合X 射線徑向衍射法是指X 射線從DAC 壓縮方向的垂直方向（即徑向）入射，探測器在出射方向上收集樣品的衍射信號，如圖1 所示。在該種幾何配置下，DAC 的3 個主應(yīng)力可分別看作沿壓縮方向的軸向分量 σ11、沿X 射線入射方向的徑向分量 σ22以及垂直于上述兩個方向的徑向分量 σ33，探測器收集到的衍射信號反映了軸向分量 σ11和徑向分量 σ33對樣品的作用效果[5]。近30 年來，該方法已成功運(yùn)用于材料力學(xué)中的材料強(qiáng)度測量[2,6–7]、位錯活動探測[1]、晶粒轉(zhuǎn)動活動探究[8–9]，以及地學(xué)領(lǐng)域中的礦物材料的剪切模量和地震波速計算[10]、礦物流變強(qiáng)度和黏度計算[11–12]、礦物的形變織構(gòu)以及地球內(nèi)部動力學(xué)模擬[13–18]等，為材料力學(xué)領(lǐng)域的拓展和礦物流變學(xué)領(lǐng)域的深入發(fā)展提供了幫助。

1.1 DAC 結(jié)合X 射線徑向衍射法在材料力學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用

1974 年，Singh 等[19–20]發(fā)展了晶格應(yīng)變理論，并據(jù)此估算了DAC 樣品腔內(nèi)的單軸應(yīng)力分量。隨后，該理論逐漸完善并發(fā)展成為現(xiàn)有的高壓材料力學(xué)的基礎(chǔ)理論[5–6]。根據(jù)材料力學(xué)的Mises 屈服準(zhǔn)則，樣品可承受的最大差應(yīng)力可作為其屈服強(qiáng)度的下限，因此，采用晶格應(yīng)變法測得的材料承受的最大差應(yīng)力可用于估算材料的流變強(qiáng)度。早期，Duffy 等[7]運(yùn)用該方法獲得了氧化鎂在高壓下的剪切強(qiáng)度和狀態(tài)方程。隨后，Singh 等[21]用該方法估算了氧化亞鐵和鐵的單晶彈性系數(shù)。然而，Merkel 等[22]發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用該方法估算的密排六方相單晶的彈性常數(shù)，尤其是彈性勁度系數(shù)C44和C66，與其他測試技術(shù)得到的結(jié)果相差較大，其原因可能是材料的有效差應(yīng)力與晶面指數(shù)存在依賴關(guān)系。這表明該方法雖然可以用于估測材料的流變強(qiáng)度，但是在由流變強(qiáng)度進(jìn)一步估測材料的單晶彈性系數(shù)時存在問題。

最近，Sturtevant 小組利用上述方法，研究了金屬鉭[23]和CeO2[24]在高壓下的屈服強(qiáng)度，結(jié)果表明：隨著壓力的升高，鉭的屈服強(qiáng)度由近常壓時的0.5 GPa 增大至50 GPa 時的2.4 GPa，隨后保持不變，當(dāng)壓力高于60 GPa 時，強(qiáng)度再次提升，在276 GPa 時達(dá)到最大值9 GPa；CeO2的流變強(qiáng)度由近常壓的0.35 GPa 增加到39 GPa 時的13.8 GPa，并表現(xiàn)出微弱的(011)形變織構(gòu)，彈黏塑性自洽模擬（elasticviscoplastic self-consistent simulation）表明，該條件下CeO2的塑性活動由{111} 〈110〉滑移系主導(dǎo)。

Zhou 等[2]將上述方法引入納米力學(xué)研究中，探討了超細(xì)納米金屬的強(qiáng)度與晶粒尺寸的關(guān)系，實驗結(jié)果表明，晶粒尺寸增強(qiáng)效應(yīng)（Hall-Petch 效應(yīng)）可以延續(xù)到3 nm 的極小尺度，且在20 nm 以下納米鎳的晶粒尺寸增強(qiáng)效應(yīng)更顯著。該發(fā)現(xiàn)打破了金屬在10～15 nm 的臨界尺寸出現(xiàn)軟化的傳統(tǒng)認(rèn)識[25–28]，表明納米金屬在小尺寸持續(xù)強(qiáng)化，并且出現(xiàn)新強(qiáng)化機(jī)制。透射電鏡觀察及理論模擬分析表明，與孿晶和層錯相關(guān)的不全位錯和全位錯的共同增強(qiáng)以及高壓對晶界塑性的抑制，是超細(xì)納米金屬強(qiáng)化的主要機(jī)制。在納米金和鈀樣品中觀察到相同的高壓細(xì)晶增強(qiáng)效應(yīng)，該研究引入不全位錯對強(qiáng)度的貢獻(xiàn)項，提出了修正的Hall-Petch 模型，為納米尺度的細(xì)晶強(qiáng)化建立了理論依據(jù)。

Zeng 等[29]利用該方法研究了納米硅的塑性起源，發(fā)現(xiàn)晶粒尺寸為100 和9 nm 左右的金剛石立方結(jié)構(gòu)的納米硅在塑性形變中發(fā)生少量位錯滑移而表現(xiàn)出弱塑性，且隨著晶粒尺寸減小，位錯活動減弱，100 nm 粗晶納米硅的塑性主要由相變后富有延展性的β-Sn 相主導(dǎo)，9 nm 納米硅的塑性主要由相變后的六方相主導(dǎo)。該研究揭示了共價鍵材料由脆性向塑性轉(zhuǎn)變之謎，為調(diào)控脆性材料的塑性提供了啟示。

上述DAC 結(jié)合X 射線徑向衍射的研究均局限在常溫條件下。最近，Speziale 等[30]基于DAC，結(jié)合電阻加熱及同步輻射X 射線徑向衍射技術(shù)，原位測量了高溫陶瓷材料TaC0.99在高溫高壓下的壓縮性、強(qiáng)度及Grüneisen 常數(shù)，為原位測量材料在高溫高壓下的性質(zhì)及其在極端條件下的應(yīng)用提供了指導(dǎo)。

1.2 DAC 結(jié)合X 射線徑向衍射法在地學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用

除了材料力學(xué)領(lǐng)域，DAC 結(jié)合徑向X 射線衍射法還廣泛應(yīng)用于地學(xué)領(lǐng)域，用于解決礦物流變學(xué)問題，如地幔礦物Mg2SiO4橄欖石[31]、MgO 方鎂石[31]、(Mg,Fe)O 鐵方鎂石[32]、(Mg,Fe)SiO3布里奇曼巖[32]、MgSiO3鈣鈦礦[31]、(Mg,Fe)SiO3后鈣鈦礦[14]、MgSiO3后鈣鈦礦[15]等礦物的流變強(qiáng)度及形變織構(gòu)，幫助人們理解上、下地幔以及D''區(qū)域觀察到的地震波的各向異性。

然而，上述礦物流變力學(xué)實驗均在室溫高壓條件下開展，考慮到地球內(nèi)部為高溫高壓環(huán)境，發(fā)展高溫高壓下礦物形變及力學(xué)行為的測量技術(shù)是十分必要的。Immoor 等[33]發(fā)展了DAC 結(jié)合石墨電阻外加熱技術(shù)及同步輻射X 射線徑向衍射技術(shù)，并將其應(yīng)用于(Mg0.8Fe0.2)O 鐵方鎂石[18]和立方相CaSiO3鈣鈦礦[12]的高溫高壓形變研究中，對于理解下地幔地震波速的各向異性以及大型低剪切波速的成因提供了幫助。Immoor 等[12]在研究CaSiO3鈣鈦礦的形變和力學(xué)強(qiáng)度時發(fā)現(xiàn)：四方相CaSiO3在高溫（1 150 K）高壓下轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎较郈aSiO3；室溫高壓下四方相CaSiO3的流變強(qiáng)度高于(Mg,Fe)O 和布里奇曼巖的強(qiáng)度，但高溫（1 150 K）高壓下立方相CaSiO3的流變強(qiáng)度低于布里奇曼巖的強(qiáng)度，甚至低于最軟的下地幔主要物相(Mg,Fe)O 的強(qiáng)度，僅2 500 km 深處的后鈣鈦礦的強(qiáng)度可以與其相比擬；立方相CaSiO3的黏度也比(Mg,Fe)O 及布里奇曼巖的黏度低幾個數(shù)量級。上述結(jié)果表明：在550 km 深度處，下沉的海洋殼層中形成的CaSiO3鈣鈦礦可能導(dǎo)致洋殼大量軟化；深度在550～700 km 區(qū)間時，隨著CaSiO3比例的升高，下沉洋殼的軟層可能被硬巖石層疊壓，并在剪切力的作用下與周圍幔層分離；當(dāng)深度大于720 km時，低黏度洋殼由于浮力效應(yīng)而分離，分別向660 km 處或核幔邊界處遷移并積聚，表現(xiàn)出類似于地幔柱的上下涌動。立方相CaSiO3的低黏度特性為板塊的分離及洋殼在上下地幔交界處或核幔邊界處的循環(huán)累積提供了實驗證據(jù)，表明立方相CaSiO3可能對地震學(xué)上觀察到的下地幔頂部的低剪切波速區(qū)域以及非洲和太平洋地區(qū)的大型低剪切波速省具有貢獻(xiàn)。

2 旋轉(zhuǎn)型DAC 施加剪切應(yīng)變法

旋轉(zhuǎn)型DAC 是指通過改進(jìn)傳統(tǒng)的DAC，使其上壓砧可以旋轉(zhuǎn)的裝置。圖2 為旋轉(zhuǎn)型DAC 的實物及原理示意圖。與傳統(tǒng)的DAC 相比，旋轉(zhuǎn)型DAC 除了對樣品施加壓應(yīng)力外，還可以通過旋轉(zhuǎn)對樣品施加剪切應(yīng)力，使樣品在壓應(yīng)力與剪切應(yīng)力的耦合作用下發(fā)生變化，有效地降低相變壓力、改變相變路徑、誘導(dǎo)新相變[34]，對于新材料合成和高難度的材料制備具有積極的推動作用。

圖2 旋轉(zhuǎn)型DAC 裝置及原理示意圖Fig.2 Rotational DAC and the schematic diagram

利用旋轉(zhuǎn)型DAC 的耦合場，可制備常規(guī)方法難以獲得的材料。例如：借助旋轉(zhuǎn)型DAC，無序的納米六方氮化硼（hBN）在室溫、6.7 GPa 的低壓下即可轉(zhuǎn)變?yōu)槌驳拈W鋅礦結(jié)構(gòu)氮化硼（wBN），而在傳統(tǒng)的DAC 中，52.8 GPa 的靜水高壓下仍未轉(zhuǎn)變?yōu)閣BN[35]。此外，C60的超硬Ⅳ相[36]、SiC 的高密度非晶相[37]、B4C 分解形成的B50C2相[38]等均是基于旋轉(zhuǎn)型DAC 在壓應(yīng)力與剪切應(yīng)力的耦合作用下得到的。

近期Gao 等[3]利用旋轉(zhuǎn)型DAC 對石墨粉施加剪切應(yīng)變，結(jié)果表明，在低至0.4 和0.7 GPa 的壓力下即可分別獲得六方金剛石和納米立方金剛石。在傳統(tǒng)的高溫高壓實驗中，石墨直接轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米金剛石需要12 GPa 以上的高壓和2 000 ℃的高溫[39]，若降低轉(zhuǎn)變壓力和溫度，需要添加催化劑[40]。而Gao 等[3]采取的剪切應(yīng)變法可在室溫和無催化劑的條件下實現(xiàn)石墨到金剛石的轉(zhuǎn)變，且轉(zhuǎn)變壓力比靜水壓縮實驗及相平衡邊界的壓力降低98%。這表明塑性剪切可以作為一種清潔、高效的材料制備方法，大幅降低材料的合成壓力，縮減材料的制備成本。

3 高壓扭轉(zhuǎn)型壓機(jī)施加剪切應(yīng)變法

高壓扭轉(zhuǎn)型壓機(jī)也是一種同時施加高壓和剪切應(yīng)力的材料加工裝置，如圖3 所示。利用高壓扭轉(zhuǎn)壓機(jī)產(chǎn)生的塑性形變，可誘導(dǎo)產(chǎn)生常規(guī)方法無法制備的物相[41]，細(xì)化塊體的晶粒尺寸[42]，提高材料的熱容[43]，提升材料的力學(xué)性能[44]，誘導(dǎo)材料的超塑性[45–46]，可以說，高壓扭轉(zhuǎn)法是極具應(yīng)用潛力的材料制備方法。例如，傳統(tǒng)高壓方法需要30 GPa 以上的壓力才能形成體心立方（body-centered cubic，bcc）結(jié)構(gòu)的Zr，且誘導(dǎo)的bcc 相在卸壓后會相變?yōu)楹唵瘟浇Y(jié)構(gòu)，而高壓扭轉(zhuǎn)法在3 GPa 即可制備出bcc 相的Zr[41]，且制備出的bcc 相在卸壓后仍保持穩(wěn)定，證明高壓扭轉(zhuǎn)法在截獲存在可逆相變的非穩(wěn)定相bcc-Zr中具有應(yīng)用潛力。

最近，Chong 等[47]通過高壓扭轉(zhuǎn)壓機(jī)細(xì)化了Ti 及Ti-0.3%O 合金（O 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%）的晶粒尺寸，使Ti 及Ti-0.3%O 合金的強(qiáng)度得到有效提升，且Ti-0.3%O 合金細(xì)化后打破了材料強(qiáng)度與延展性相互競爭的關(guān)系，表現(xiàn)出強(qiáng)度越高、延展性越強(qiáng)的特征，該特征在低溫下尤為顯著，表明高壓扭轉(zhuǎn)法細(xì)化晶?？梢越鉀QTi 在低溫下的含氧脆化問題。

Edalati 等[45]采用高壓扭轉(zhuǎn)法處理Mg-8%Li 合金（Li 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%），發(fā)現(xiàn)其拉伸率隨著高壓扭轉(zhuǎn)處理次數(shù)的增加而增大，普通擠壓處理的Mg-8%Li 合金的拉伸率僅為50%左右，而經(jīng)200 次高壓扭轉(zhuǎn)處理后拉伸率可達(dá)440%，這種優(yōu)異的室溫超塑性可能與晶界處Li 離析導(dǎo)致的晶界快速擴(kuò)散以及富含Li 的中間相的形成有關(guān)。Nguyen 等[46]通過高壓扭轉(zhuǎn)法得到了納米Al9(CoCrFeMnNi)91高熵合金，其在高溫高應(yīng)變速率拉伸下表現(xiàn)出2 000%的超塑性，成為繼低強(qiáng)度鋁合金和鎂合金后又一種在高應(yīng)變速率下具有超塑性的材料。他們認(rèn)為，高壓扭轉(zhuǎn)法誘導(dǎo)多相合金的晶粒細(xì)化以及熱塑性形變中有限的晶粒生長，使材料通過晶界滑移及位錯活動等機(jī)制獲得高應(yīng)變速率下的超塑性。

Li 等[4]通過低溫表面研磨和高壓扭轉(zhuǎn)形變獲得了超細(xì)納米多晶銅樣品，其中晶粒尺寸達(dá)到10 nm的樣品表現(xiàn)出細(xì)晶強(qiáng)化特性和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。傳統(tǒng)觀點認(rèn)為，加溫時細(xì)晶更易粗化，而該方法制備的樣品則表現(xiàn)出粗晶加溫更易粗化的現(xiàn)象，并且晶粒尺寸越大，粗化所需的溫度越低。但是，對于該10 nm 銅樣品，直至熔化溫度，均未出現(xiàn)粗化現(xiàn)象，展示出良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。晶界結(jié)構(gòu)分析表明，該方法制備的超細(xì)納米晶結(jié)構(gòu)是由孿晶網(wǎng)束縛的近似等大小的截角八面體結(jié)構(gòu)，這種界面最小化的特殊微觀結(jié)構(gòu)使納米銅樣品具備較低的晶界表面能和較高的密度晶界，阻止了晶界的分解或融合，使材料表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和高強(qiáng)度。該研究說明高壓扭轉(zhuǎn)形變法在細(xì)化晶粒以及有束縛下形成特殊穩(wěn)定的微結(jié)構(gòu)等方面具有顯著的優(yōu)勢，對于設(shè)計適用于高溫條件下的高強(qiáng)度、高穩(wěn)定性材料具有重要意義。

4 D-DIA 型大腔體壓機(jī)形變法

D-DIA 型大腔體壓機(jī)是由Osugi 型滑塊六面頂壓砧裝置（DIA）改制而成的形變型壓機(jī)裝置。DIA由3 個軸上的6 個頂錘組成，包括上下對稱的2 個導(dǎo)塊和周邊4 個滑動于45°斜面上的梯形截面楔塊。D-DIA 在DIA 的基礎(chǔ)上增加了2 個液壓系統(tǒng)，單獨控制上下導(dǎo)塊[48]，從而使上下頂錘產(chǎn)生速率可控的形變。當(dāng)周向楔塊上沿X 射線衍射方向的一組碳化鎢頂錘用聚晶金剛石或立方氮化硼燒結(jié)塊取代時，D-DIA 型大腔體壓機(jī)可結(jié)合同步輻射X 射線衍射或X 射線成像技術(shù)，進(jìn)行高壓高溫下材料形變的原位研究。目前，D-DIA 型大腔體壓機(jī)達(dá)到的最高壓力和最高溫度分別約為28 GPa 和2 150 K[49]，可以獲得接近上、下地幔的壓力和溫度環(huán)境。D-DIA 型大腔體壓機(jī)形變法主要用于上、下地幔礦物的塑性形變研究，為認(rèn)識地球內(nèi)部的動力學(xué)過程，如板塊俯沖、地幔對流、地震活動等提供幫助。與結(jié)合同步輻射X 射線的DAC 裝置相比，D-DIA 型大腔體壓機(jī)的樣品腔更大，應(yīng)變速率可控，在研究Mg-Si-O 體系礦物的形變特性上更具優(yōu)勢。

Tsujino 等[16]采用D-DIA 型大腔體壓機(jī)研究了(Mg0.97Fe0.03)SiO3布里奇曼巖在25 GPa、1 873 K 的下地幔溫壓條件下的形變流動情況，發(fā)現(xiàn)在總應(yīng)變?yōu)?.8、應(yīng)變速率為2×10-4s-1的條件下，(Mg0.97Fe0.03)SiO3布里奇曼巖在25 GPa、1 873 K 時表現(xiàn)出由(100)[001]滑移系形成的擇優(yōu)取向。該結(jié)果與前人在常溫高壓下得到的布里奇曼巖的擇優(yōu)取向不同，但根據(jù)該擇優(yōu)取向計算出的地震波速的各向異性與實際測得的湯加-克馬德克下沉區(qū)至澳大利亞板塊的剪切波速的各向異性相符合。據(jù)此推斷，湯加-克馬德克下沉區(qū)的剪切波速的各向異性可能是由于下沉板塊在垂直方向上至1 000 km 處的穿透和隨后在類似深度的停滯以及幔巖在水平方向上的流動所致。Girard 等[49]基于D-DIA 型大腔體壓機(jī)研究了圣卡洛斯橄欖巖分解形成的布里奇曼巖與鐵方鎂石的混合物在壓力為24.0～27.5 GPa、溫度為2 000～2 150 K、剪切應(yīng)變速率為3×10-5s-1的條件下的形變，發(fā)現(xiàn)布里奇曼巖比鐵方鎂石的強(qiáng)度高，鐵方鎂石可大量容納應(yīng)變，兩者之間明顯的強(qiáng)度對比促使應(yīng)變?nèi)趸图羟行巫兙钟蚧?，這可能是下地幔的主體部分（除邊界外）表現(xiàn)出地震波各向同性的主要原因。

5 沖擊壓縮產(chǎn)生塑性形變法

以爆轟、高速撞擊為代表的沖擊壓縮也稱為動態(tài)高壓加載，可以在樣品中產(chǎn)生嚴(yán)重的剪切形變。與靜態(tài)加載產(chǎn)生塑性形變法相比，沖擊壓縮法具有加載和卸載時間短、加載應(yīng)力高等特征，可以在時間分辨上研究高應(yīng)力和高應(yīng)變速率下材料的塑性形變過程及機(jī)制。然而，該優(yōu)勢同時也是挑戰(zhàn)，它強(qiáng)烈依賴于具有時間分辨的同步探測技術(shù)的發(fā)展。目前，沖擊壓縮實驗的同步探測技術(shù)主要有瞬態(tài)X 射線衍射[50–52]和超快電子衍射[53]，主要用于探測材料塑性形變過程中的主導(dǎo)機(jī)制，獲取位錯動力學(xué)信息。

在體心立方鉭金屬的沖擊壓縮研究[50]中，研究人員通過對比實驗測得的樣品塑性應(yīng)變與計算得到的孿晶、位錯滑移所對應(yīng)的塑性應(yīng)變，發(fā)現(xiàn)在高應(yīng)力、高應(yīng)變速率沖擊下，體心立方鉭金屬的塑性形變機(jī)制在150 GPa 左右由孿晶主導(dǎo)向位錯滑移主導(dǎo)轉(zhuǎn)變。Turneaure 等[51]對密排六方結(jié)構(gòu)的鎂單晶沿c軸方向進(jìn)行沖擊壓縮實驗和數(shù)值模擬，結(jié)果表明，鎂單晶在壓縮時僅發(fā)生位錯滑移，而卸載時則產(chǎn)生大量孿晶。Chen 等[52]采用氣體炮沖擊壓縮技術(shù)結(jié)合瞬態(tài)X 射線衍射技術(shù)，研究了沿 〈1120〉 、 〈1010〉、〈0001〉 方向壓縮的鎂單晶的塑性形變，發(fā)現(xiàn)沿密排六方基底平面的 〈1120〉 和 〈1010〉方向壓縮時，鎂單晶產(chǎn)生延伸型孿晶，而沿c軸方向（ 〈0001〉方向）壓縮時，鎂單晶僅在卸載時產(chǎn)生孿晶，表明形變孿晶的產(chǎn)生與加載方向及臨界剪切應(yīng)力有關(guān)。

塑性階段的位錯形核和輸運(yùn)過程一直是位錯動力學(xué)實驗研究的挑戰(zhàn)性難題，這是因為該類過程的研究需要具有晶格級空間分辨和皮秒級時間分辨的探測技術(shù)。最近，Mo 等[53]采用激光加載沖擊壓縮技術(shù)結(jié)合超快電子衍射技術(shù)，研究了鋁單晶在沖擊壓縮誘導(dǎo)的塑性形變中的晶格變化，通過直接測量皮秒分辨的塑性應(yīng)變，得到了鋁單晶在高應(yīng)變下的彈性階段、位錯形核以及輸運(yùn)過程的持續(xù)時間，進(jìn)一步結(jié)合分子動力學(xué)模擬，得到了三維晶格塑性形變過程信息。

6 結(jié)束語

高壓力學(xué)研究的技術(shù)與方法在材料制備與合成、材料力學(xué)性能改善、高應(yīng)力/應(yīng)變下材料塑性機(jī)制研究等材料領(lǐng)域，以及礦物的剪切模量和地震波速計算、礦物流變強(qiáng)度及力學(xué)行為研究等地學(xué)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。一系列研究表明，高壓力學(xué)中的壓應(yīng)力與剪切力的耦合作用可以作為清潔高效的材料制備方法，制備高強(qiáng)、超塑性等優(yōu)良金屬材料，構(gòu)建界面最小化的強(qiáng)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，對于理解地震波的各向異性以及地球內(nèi)部板塊動力學(xué)過程提供了幫助，促進(jìn)了材料力學(xué)和礦物力學(xué)的發(fā)展。