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洛克泰克談高壓：高壓科學實驗技術與前沿應用介紹
高壓，也就是高于常壓的一切壓力。在高壓條件下，物質被壓縮，內部發生變化，產生一系列新現象、新物質。高壓環境的模擬需要借助特種設備來實現，比如金剛石對頂砧、大腔體壓機（多頂砧、活塞圓筒等）
（用于高壓科學研究的活塞圓筒壓機，壓力0-4.5GPa，高溫0-1600℃）
在我們這個星球上，很多物質與壓力密不可分。目前，高壓科學有哪些實驗技術和前沿應用呢？一起來看看。
1、地球科學研究
地球內部的壓力和溫度都非常高，通過高溫高壓物理裝置，研究地球深部的物質組成和存在形式，如新型礦物和巖石，為礦產資源勘探開發提供技術支持；揭示地殼、地幔、地核的相互作用和演化機制；研究行星的物質結構。
（地球內部結構示意圖）
例如，近些年很多高溫高壓（HPHT）油田區塊被勘探開發。6000米深的深海石油開采更是常態了，傳統淺層油氣規律難以適應新時代需求，通過高溫高壓裝置，模擬深海高壓實驗條件，研究深層-超深層高溫高壓油氣成藏規律、關鍵技術，具有重要意義。
2、凝聚態物理、新材料研究
通過高溫高壓裝置，研究條件下的物性：相變，超導、超臨界等。在高壓環境下，分子之間距離變短，元素之間鍵能可調，使得化學反應活化能降低，反應速率加快，可以得到很多無法在常壓下的合成物。
2018年中科院合肥物質科學研究院采用超快探測方法與高溫高壓實驗技術，將普通氮氣成功合成為超高含能材料聚合氮和金屬氮，揭示了金屬氮合成的條件范圍、轉變機制和光電特征等關鍵問題。
3、超硬材料合成與人造金剛石
在生活中，通過高溫高壓技術（HTHP）進行超硬材料合成，培育鉆石就是典型應用。因為培育鉆石的快速發展，原本高昂奢侈的鉆石變得平民大眾化。
1963年，中國“121課題組"在300噸的兩面頂壓機上用光譜純石墨粉和Ni-Cr合金粉作原料，成功合成了人造鉆石，成為當時5個掌握人造鉆石技術的國家之一。
在地球中，鈣鈦礦結構是功能材料的重要結構載體，也是地球內地幔物質的主要結構形態。科學家通過高壓技術創新，探索類鈣鈦礦結構機理，設計并研制發現了多種含有鈣鈦礦結構基元的功能新材料。
隨著科技發展，傳統的硅基半導體技術因性能有限而面臨巨大的挑戰。金剛石，作為一種超寬帶隙半導體，與傳統半導體相比因具有超高載流子遷移率、熱導率、低熱膨脹系數和超高擊穿電壓等諸多優勢，成為下一代微電子和光子學的理想材料。
4、生命科學與生物技術
通過高溫高壓裝置，構建超高壓條件，模擬深海生物和高山植物的適應性和生存機理，探索生命的起源。通過高壓技術研究蛋白質、細胞和生物分子的結構功能，探索生命科學的分子機理和生物化學反應，如蛋白質的折疊和變性。
例如，馬里亞納海溝的深度超過11000米，深處壓力相當于有兩千頭成年大象踩在人后背上。深海生物為了適應高壓環境，其身體結構以及組成細胞都產生了適應性變化。通過高壓技術模擬，有助于科學家更好地探索生命的起源。
5、熱電材料研究
熱電材料是直接將熱能轉化為電能的功能材料，在深空探測、廢熱回收和精確溫控等技術領域有著的重要應用。通過高溫高壓技術可以實現熱電材料制備。
溫度、成分與壓力是控制材料結構及性質的3個獨立的熱力學參量，與常規制備方式相比，通過六面頂、二級多砧壓機、金剛石對頂砧等高壓裝置進行合成熱電材料，具有工藝簡單、反應迅速、可阻礙雜質進入，實現較好的元素摻雜，并調節材料性能等優點。
在高壓環境下，材料顯微結構更易細化，摻雜元素在基體材料中的摻雜量明顯提高，還可以抑制燒結過程中的納米晶粒的粗化過程，有利于降低板材熱導率。
結語：
高溫高壓（HTHP）技術在前沿科學領域有著廣泛應用，高壓科學涉及物理、化學、材料等多學科交叉，通過高溫高壓裝置研究物質在高壓條件下的性質與行為機理，為前沿技術應用拓展提供理論依據。