This post is also available in: Engels Frans Duits Italiaans Pools Portugees, Portugal Spaans

Heb je je ooit afgevraagd wat de eigenschappen van silicaglas zijn? Overweeg dit.

Volgens Nautre.com:

“In talrijke onderzoeken is aangetoond dat silicaglas een aanzienlijk vermogen heeft voor permanente verdichting onder druk bij verschillende temperaturen om amorfe (HDA) silica met hoge dichtheid te vormen. Het is echter niet bekend in welke mate de processen die leiden tot onomkeerbare verdichting van silicaglas bij koude compressie bij kamertemperatuur en bij warme compressie (bijv. nabij glasovergangstemperatuur) gebruikelijk zijn in de natuur. In dit werk werd een hete compressietechniek gebruikt om silicaglas te blussen van hoge temperatuur (1100 ° C) en hoge druk (tot 8 GPa) omstandigheden, wat leidt tot een dichtheidstoename van ~ 25% en Young’s modulusverhoging van ~ 71 % ten opzichte van dat van ongerept silicaglas bij omgevingscondities. Onze experimenten en moleculaire dynamica (MD) -simulaties leveren solide bewijzen dat de tussenliggende orde van het heet gecomprimeerde HDA-silica verschilt van die van de tegenhanger koud gecomprimeerd bij kamertemperatuur. Dit verklaart de veel hogere thermische en mechanische stabiliteit van de eerste dan de laatste bij verwarming en compressie, zoals onthuld in onze in-situ Brillouin-lichtverstrooiing (BLS) -experimenten. Onze studies tonen de beperking van de resulterende dichtheid aan als een structurele indicator van polyamorfisme en wijzen op het belang van temperatuur tijdens compressie om HDA-silica fundamenteel te begrijpen.

“Als een archetypisch netwerkvormend oxide met stijve tetraëdrische bouwstenen, zijn silicaglas (en smelt) het doelwit geweest van talrijke hogedrukstudies in de fysica van de gecondenseerde materie, materiaalkunde en aardwetenschappen, enz.1,2,3, 4 Silicaglas kan onder druk omkeerbare en onomkeerbare amorf-amorfe (polyamorfe) overgangen ondergaan, wat leidt tot elastische verweking bij initiële compressie5,6,7,8,9 en permanente verdichting onder hoge druk9,10,11,12,13,14 ,15. Bij kamertemperatuur (koude compressie), bij drukken boven 8–9 GPa, vindt onomkeerbare polyamorfe overgang plaats en heeft het teruggewonnen glas een verhoogde dichtheid, waardoor een maximale verdichting van ~ 21% wordt bereikt na compressie bij 18–20 GPa6,9,15 ,16. Dezelfde of zelfs hogere mate van verdichting kan worden bereikt onder veel lagere drukken (4-8 GPa) bij hoge temperaturen (hete compressie)13,17,18,19,20,21,22,23,24. Tot nu toe blijft het ongrijpbaar of dezelfde structurele transformatie plaatsvindt tijdens de koude compressie en de warme compressie van silicaglas en of de structuur en eigenschappen van HDA-silica alleen kunnen worden begrepen op basis van de resulterende dichtheid.

“In deze studie hebben we monsters van silicaglas gecomprimeerd tot drukken tot 8 GPa, ze gedurende 30 minuten op 1100 ° C (Tg ≈ 1200 ° C) gehouden en ze snel geblust tot kamertemperatuur voordat de druk werd opgeheven. Bij omgevingsomstandigheden bleken de structuur en eigenschappen van HDA-silica verkregen in de hete compressie hierin te verschillen van die van de koud gecomprimeerde silica in zowel experimentele karakteriseringen zoals röntgendiffractie, Raman en BLS als in MD-simulaties. In-situ BLS-onderzoeken onder hoge temperatuur en hoge druk leveren solide bewijs dat de thermische en mechanische stabiliteit van warmgecomprimeerd en koudgecomprimeerd HDA-silica heel verschillend zijn. Onze MD-simulaties onthullen de verschillende atomaire processen die betrokken zijn bij de koude compressie en de warme compressie van silicaglas en de structurele verschillen in HDA-silica verkregen via verschillende routes. Onze studie toont de beperking van de resulterende dichtheid als een structurele indicator van polyamorfisme en het belang van temperatuur tijdens compressie om de polyamorfe overgangen in silicaglas fundamenteel te begrijpen.

Resultaten

“Verdichting van silicaglas als een functie van de afschrikdruk van de hete compressie in deze studie wordt getoond in Fig. 1, samen met gegevens van de koude compressie bij kamertemperatuur gedaan door Rouxel et al.15 en Deschamps et al.12, bij 400 °C door Mackenzie13 en Arndt en Stöffler17, bij 700 °C door Poe et al.18, bij 900 °C door Hofler en Seifert19. In figuur 1 is duidelijk te zien dat de mate van blijvende verdichting afhangt van de temperatuur waarbij de compressie is uitgevoerd. Het verschil wordt kleiner naarmate de temperatuur de Tg van zuiver silicaglas nadert. De hete compressie bij 900 ° C in de studie van Hofler en Seifert19 en bij 1100 ° C in dit werk geven bijvoorbeeld bijna dezelfde hoeveelheid verdichting. Figuur 1 laat ook zien dat de hete compressie in de niet-rigide toestand (in de buurt van Tg van ongerept silicaglas) veel effectiever is dan de koude compressie in de stijve toestand bij kamertemperatuur bij het verhogen van de dichtheid van silicaglas. Onder een afschrikdruk van 8 GPa neemt de dichtheid van silicaglas in onze studie met bijna 25% toe, vergeleken met ~ 21% maximale toename die wordt bereikt door de koude compressie onder veel hogere drukken bij 18-20 GPa6,9,15,16. Bovenstaande waarnemingen laten zien dat temperatuur de verdichting van silicaglas onder druk vergemakkelijkt, waarschijnlijk door verschillende structurele transformaties mogelijk te maken die anders niet mogelijk zijn bij kamertemperatuur.

“Totale röntgenstructuurfactor S (q) van warmgecomprimeerde monsters bij omgevingsomstandigheden wordt getoond in Fig. 2A. De positie van de eerste scherpe diffractiepiek (FSDP) en de volledige breedte op half maximum (FWHM) is te zien in Fig. S4. De FSDP is gerelateerd aan de tussenliggende orde van het silicanetwerk met een correlatielengte (R): , waarbij de positie van de FSDP is. De coherentielengte (L) schat het bereik waarover de periodiciteit overleeft en kan worden berekend als: , waar is de FWHM van de FSDP25. Zoals in het geval van verdicht silicaglas bij koude compressie, verschuift de positie van de FSDP van heet gecomprimeerd silica naar hogere q-waarden met de toename van de afschrikdruk, het gevolg van een verdichte structuur. In tegenstelling tot koude compressie , versmalt de FSDP van heet gecomprimeerd silica (Fig. S4B) en de intensiteit ervan neemt niet merkbaar af met de druk zoals te zien in Fig. 2A, vergelijkbaar met de waarnemingen van onze MD-simulaties in Fig. S5. Dit gedrag is ook waargenomen door in-situ metingen van gecomprimeerd silicaglas dat gelijktijdig wordt verwarmd in de studie van Inamura et al.21 of in HDA-silica verdicht bij 500 °C27. Dit geeft aan dat de volgorde van koudgecomprimeerd siliciumdioxide in het middenbereik aanzienlijk wordt gewijzigd onder druk. Verbreding van de FSDP geeft aan dat de coherentielengte dramatisch afneemt, of dat de tussenliggende orde van koud gecomprimeerd silicaglas heterogeen wordt. Integendeel, vernauwing van de FSDP in heet gecomprimeerd HDA-silicium zoals te zien in Fig. S4B laat zien dat de verantwoordelijke structurele kenmerken in het tussenliggende bereik minder gevarieerd zijn met de toename van de afschrikdruk. De coherentielengte is 10,12 A voor ongerept glas silicaglas en 11,55 A voor het HC-8 GPa-monster (afgeschrikt van 8 GPa bij 1100 ° C), een toename van 12,4%. Een bespreking van de real-space correlatiefunctie G(r) is te vinden in de ondersteunende informatie Sec. 5.

“Het effect van de afschrikdruk op de structuur van silicaglas is ook te zien aan de Raman-spectra bij omgevingsomstandigheden in Fig. 2B. De Raman-hoofdband (~ 440 cm−1) wordt geleidelijk smaller en verschuift naar 495 cm−1 met de toename van de quenchdruk van 0 tot 8 GPa (Fig. S7A). Dit duidt op een kleinere gemiddelde waarde en een smallere verdeling van Si-O-Si-hoeken in heet gecomprimeerd silicaglas. Ter vergelijking is aangetoond dat de Raman-hoofdband verschuift van 440 cm-1 naar 530 cm-1 in koud gecomprimeerd silicaglas binnen het elastische herstelregime van P

“Veranderingen in de structuur van silicaglas als functie van de afschrikdruk in de hete compressie leiden tot een aanzienlijke toename van de elastische moduli, zoals te zien is in Fig. 3A (details over elastische moduli-metingen zijn te vinden in de ondersteunende informatie, hoofdstuk 7). Wanneer de afschrikdruk wordt verhoogd van 0 tot 8 GPa, neemt de Young’s modulus toe van 72 tot 123 GPa (71%) en de afschuifmodulus neemt toe van 32 tot 50 GPa (61%), veel hoger dan de dichtheidstoename (25%) in Afb. 1. Figuur 3B laat zien dat HDA-silica uit de hete compressie onder de 20% dichtheidstoename een hogere bulkmodulus heeft dan die uit de koude compressie voor dezelfde hoeveelheid verdichting. Boven de 20% dichtheidstoename wordt het verschil kleiner naarmate de verdichting toeneemt. Vergelijkbare trends zijn te zien in de Young’s modulus en shear modulus in Fig. S10. In tegenstelling tot de conclusie van Deschamps et al.12, toont onze studie aan dat elastische moduli niet alleen afhangen van de hoeveelheid verdichting, maar ook van de weg om de permanente verdichting te bereiken. De bovenstaande waarnemingen laten zien dat er enig verschil is tussen koudgecomprimeerd en warmgecomprimeerd HDA-silica dat niet wordt onderscheiden door dichtheid.

“Koud gecomprimeerd en heet gecomprimeerd HDA-silica onderscheiden zich echt van elkaar door hun dramatisch verschillende reactie op thermische en mechanische bewegingen. Zoals te zien in afb. 4A, voor het HC-6 GPa-monster (gedoofd van 6 GPa bij 1100 ° C, 23% dichtheidstoename), na 15 uur op 500 ° C te zijn gehouden, is er een verwaarloosbare verandering in de longitudinale Brillouin-frequentieverschuiving (waarvan de longitudinale modulus kan worden berekend gezien de monsterdichtheid en brekingsindex). Wanneer de temperatuur hoger is dan 650 °C, neemt de frequentieverschuiving van Brillouin snel af en voegt zich bij die van ongerept silicaglas bij temperaturen boven 1000 °C. Daarna is er geen verschil meer tussen het HC-6 GPa-monster en ongerept silicaglas, aangezien de afkoelcurve van eerstgenoemde perfect overlapt met de verwarmingscurve van laatstgenoemde. Terwijl voor het CC-18 GPa-monster (afgeschrikt van 18 GPa bij kamertemperatuur, 17% dichtheidstoename), begint de afname van de Brillouin-frequentieverschuiving zelfs bij kamertemperatuur . De dramatische verschillen in de reactie op temperatuur geven aan dat de structuur van het warmgecomprimeerde en koudgecomprimeerde HDA-silica ondubbelzinnig verschillend is.

“Zoals te zien in afb. 4B en in de inzet, voor ongerept silicaglas koud gecomprimeerd bij kamertemperatuur, neemt de Brillouin-frequentieverschuiving aanvankelijk af met druk, bereikt een minimum rond 2-3 GPa en neemt vervolgens toe als een normale vaste stof. Dit hangt samen met de bekende elastische anomalie van kwartsglas onder druk5,6,7,8,9. Met de toename van de afschrikdruk neemt het minimum in de frequentieverschuiving af en verplaatst het naar een hogere testdruk en verdwijnt uiteindelijk in de HC-6- en HC-8 GPa-monsters, zoals te zien is in de inzet van Fig. 4B. Voor het HC-6 GPa-monster verandert de frequentieverschuiving niet met een druk tot 5-6 GPa en neemt vervolgens een licht positieve helling aan die vergelijkbaar is met die van het HC-8 GPa-monster. Onze studie komt goed overeen met eerdere studies6,9,33,34 en met waarnemingen van onze MD-simulaties (Fig. S12) dat de elastische anomalie geleidelijk verdwijnt met de mate van verdichting. Zoals getoond in afb. 4B zijn grotere drukken (P > 15 GPa) nodig in de koude compressie om de elastische anomalie te elimineren. Grimsditch toonde aan dat de koude compressie voorbij het elastische vervormingsregime leidt tot verdicht silicaglas dat vervolgens in staat is tot elastische vervorming bij hercompressie tot de maximale druk van de initiële compressie . Daarom is de hercompressiecurve van de CC-15 GPa- en CC-22 GPa-monsters in Fig. 4B zou overlappen met de decompressiecurven van 15 GPa en 22 GPa9, wat ons de mogelijkheid biedt om de respons van koudgecomprimeerd en heet gecomprimeerd silicaglas op testdruk te vergelijken. Figuur 4B laat zien dat de structurele veranderingen van silicaglas door de koude compressie opmerkelijk verschillen van de warme compressie: 1) er zijn veel hogere drukken nodig om vergelijkbare Brillouin-frequentieverschuivingen te bereiken (15 GPa en 22 GPa in koude compressie versus 4 en 8 GPa in warme compressie); 2) er is geen elastisch minimum in het CC-15 GPa-monster, terwijl er nog steeds een uitgesproken minimum bestaat in het HC-4 GPa-monster; 3) het CC-22 GPa-monster vertoont een veel grotere toename in de Brillouin-frequentieverschuiving met de toename van de testdruk, vergeleken met het HC-8 GPa-monster. Bovendien blijven de HC-6 GPa- en HC-8 GPa-monsters elastisch tot respectievelijk 20 GPa en 26 GPa (Fig. S11), wat in elk geval de maximale druk is die wordt getest. Dit toont aan dat warmgecomprimeerde monsters een veel hogere drempel hebben voor onomkeerbare structurele veranderingen, tot drie keer die van ongerept silicaglas dat onomkeerbaar kan worden verdicht bij 8-9 GPa6,9,15,16.

Discussie

“De bovenstaande waarnemingen laten zien dat de hete compressie in de niet-rigide toestand kan leiden tot unieke structuur en eigenschappen die niet kunnen worden bereikt door de koude compressie in de stijve toestand. In tegenstelling tot de conclusies die zijn getrokken uit eerdere studies van warmgecomprimeerd en koudgecomprimeerd HDA-silica bij omgevingscondities12,24, tonen onze in-situ BLS-metingen van de respons van HDA-silica op thermische en mechanische agitaties aan dat de structuur en eigenschappen van HDA-silica sterk afhankelijk van de temperatuur waarbij de compressie wordt uitgevoerd, niet alleen van de resulterende verdichting.

“De unieke reactie van heet gecomprimeerd HDA-silicium op thermische en mechanische bewegingen in Fig. 4 komt ongetwijfeld voort uit de duidelijke onderliggende structuur zoals te zien in Fig. 2, hoewel details op atomaire schaal moeilijk te verkrijgen zijn uit experimenten alleen. Hiertoe hebben we klassieke MD-simulaties uitgevoerd om de atomaire processen te illustreren die betrokken zijn bij de compressie in de stijve en niet-rigide toestand en de structurele verschillen tussen het koudgecomprimeerde en hete gecomprimeerde HDA-silica. Figuur 5A toont de ringstatistieken van ongerept, koud en warm gecomprimeerd silicaglas. Net als bij eerdere eerste principes35 en klassieke MD-simulaties36, zijn zesledige ringen de meest voorkomende over een breed bereik van ringen in ongerept silicaglas. Met de toename van verdichting in de koude compressie, neemt de populatie van zesledige ringen af, er verschijnen steeds meer grotere ringen (acht en hoger). Met andere woorden, de ringmaatverdeling is uitgerekt en scheef naar rechts. In het HC-8 GPa-monster worden zevenledige ringen dominant, maar de ringgrootteverdeling is min of meer symmetrisch, vergelijkbaar met die in ongerept silicaglas. Dit toont aan dat de tussenliggende orde (of netwerkconnectiviteit) in koudgecomprimeerd en warmgecomprimeerd HDA-silica verschillend is. Verder bewijs is te zien in de poriegrootteverdelingen in Fig. 5B. In ongerept silicaglas bestaat een breed scala aan poriën (1-6 in diameter). Met de toename van de verdichting in koud gecomprimeerd silica, neemt de grootte van de meest waarschijnlijke poriën af, wat overeenkomt met een verdichte structuur. Een aanzienlijk deel van de poriën met een diameter van 4-5 is echter nog steeds aanwezig. In heet gecomprimeerd silica daarentegen worden deze grote poriën volledig geëlimineerd en wordt de poriegrootteverdeling smaller en symmetrischer. Figuur 5B laat duidelijk zien dat de tussenliggende orde in warmgecomprimeerde HDA-silica uniformer (homogeen) is dan die in de koudgecomprimeerde tegenhanger. Dit komt overeen met XRD-metingen dat een smallere en intensere FSDP wordt waargenomen in de eerste dan in de laatste. Figuur 5A laat ook zien dat in koud gecomprimeerd HDA-silica de populatie van 3- en 4-ledige ringen niet merkbaar verandert ten opzichte van ongerept silicaglas. De hogere intensiteit van de D2-piek in het Raman-spectrum van koudgecomprimeerd silicaglas in Fig. S8 is waarschijnlijker het gevolg van de substantiële herschikkingen in de netwerkstructuur waaraan deze kleine ringen zijn gebonden en waarin ze trillen.

“De inhomogene tussenliggende orde van koudgecomprimeerd HDA-silicium is geërfd van het uitgangsmateriaal. Omdat ongerept kwartsglas een inhomogene vaste stof is op atomaire schaal; bij compressie in de stijve toestand reageren verschillende regio’s anders op druk. Bepaalde regio’s zijn meer vervormd dan andere, wat leidt tot grotere structurele herschikkingen ter plaatse. Bij decompressie wordt een deel van deze structurele modificaties afgekoeld tot omgevingscondities, wat natuurlijk leidt tot een inhomogene, maar dichtere vaste stof. Aan de andere kant wordt een afname van de viscositeit, dus een afname van Tg met druk voor silicaglas, verwacht van MD-simulaties37 en van viscositeitsmetingen voor materialen met vergelijkbare structuren, zoals water, silicaat en germania-vloeistoffen bij hoge drukken38,39,40. Bij compressie in de niet-stijve toestand, vanwege de korte relaxatietijden voor viskeuze stroming, kan snel een homogene, dichtere evenwichtsvloeistofstructuur worden bereikt door gecoördineerde tetraëdrische bewegingen en vervolgens ingevroren bij de glasovergangstemperatuur bij afschrikken, wat aanleiding geeft tot een homogene dichter glas. Er zijn substantiële structurele regelingen nodig in zowel koud- als warmgecomprimeerd HDA-silica om plaats te bieden aan de verdichte pakking van SiO4-tetraëders. Koud gecomprimeerd HDA-silica heeft echter de structuur van een dicht en ongeorganiseerd glas dat is samengeperst in de stijve toestand, terwijl het heet gecomprimeerde tegenhanger de structuur heeft van een dichte, bevroren en goed georganiseerde vloeistof die is samengeperst in de niet-stijve toestand. In zowel de koude compressie als de warme compressie kunnen voorbijgaande 5- en 6-voudige Si-soorten zich onder druk vormen als gevolg van het verplaatsende in plaats van thermisch geactiveerde mechanisme dat is geassocieerd met de coördinatieverandering . Bij het loslaten van de druk keren deze hogere coördinatietoestanden van Si echter terug naar de viervoudige coördinatietoestand26,43,44,45. Op basis van een recente studie van de zuurstofgetaldichtheid46, ligt zelfs ons heet gecomprimeerde HDA-silica met de hoogste dichtheidstoename (25%) nog steeds binnen het verwachte bereik voor een volledig gepolymeriseerd tetraëdrisch raamwerk.

“De verschillende tussenliggende volgorde van koud en heet gecomprimeerd HDA-silica verklaart hun verschillende reactie op temperatuur en druk. In koudgecomprimeerd HDA-silica bestaat nog steeds een aanzienlijke hoeveelheid grote poriën (> 4 in diameter) die de open ruimte (vrij volume) bieden die nodig is voor structurele herschikkingen bij uitgloeien. Zonder deze kan de verdichte structuur van de hete compressie bij veel hogere temperaturen worden vastgehouden voordat deze terugkeert naar de niet-verdichte toestand, dus een veel hogere thermische stabiliteit in vergelijking met de koud gecomprimeerde (figuur 4A). De heterogene structuur van koud gecomprimeerd HDA-silicium maakt het ook vatbaar voor verdere structurele herschikkingen, zoals de coördinatieverandering onder druk, wat de snellere toename van de Brillouin-frequentieverschuiving met druk verklaart dan die in het heet gecomprimeerde tegenhanger (Fig. 4B).

Methoden:

“Het gebruikte silicaglas is Suprasil 300 met een laag OH-gehalte (≤1 ppm). Monsters die waren afgeschrikt onder drukken tot 4 GPa werden bereid in een piston-cilinder (PC) -apparaat47, terwijl minder dan 4 tot 8 GPa werden uitgevoerd in een Walker-type multi-aambeeld (MA) -apparaat48,49. Cilinders met een diameter van 3 mm werden uit een puck van het uitgangsmateriaal geboord en tot een lengte van 6 mm gesneden voor PC-experimenten en tot een lengte van 3 mm voor gebruik in MA. Details van monstervoorbereiding en verschillen in toegepaste druk tussen de twee apparaten worden besproken in Ondersteunende informatie Sec. 1 & 2.

“Een Metricon Model 2010/M Prism Coupler werd gebruikt om de brekingsindex bij kamertemperatuur (nauwkeurigheid van ± 0,0002) te meten met een 532 nm groene laser. De dichtheid van onze warmgecomprimeerde monsters werd bepaald aan de hand van de lineaire brekingsindex versus dichtheidsrelatie vastgesteld door Tan et al.50 en getoond in Fig. S3.

“Röntgendiffractie bij omgevingsomstandigheden werd gemeten bij bundellijn X17B3 bij de National Synchrotron Light Source (NSLS) in het Brookhaven National Lab, beheerd door COMPRES. Hoekdispersieve verstrooiing werd uitgevoerd met behulp van monochromatische röntgenstraling met een golflengte van 0,152901 ± 0,0001 Å51, gefocusseerd tot ~ 15 m op een afstand van L = 293,73 mm van een CCD-detector met een oppervlakte van 1678 cm2. De afstand en energie werden gekalibreerd door CeO2-poederdiffractie met behulp van een iteratieve ringaanpassingsmethode . Dit maakte een radiaal symmetrische studie van q-waarden tot 24 1 mogelijk, maar vanwege ruis bij een hoger q-bereik werden de spectra afgekapt op 18 Å−1. Het Fit2D-programma werd gebruikt om onbewerkte röntgendiffractiegegevens te verwerken om 1-dimensionale intensiteit versus 2′-plots te genereren en het RAD-programma 53 werd gebruikt om S (q) en G (r) spectra te genereren.

“Een Fabry-Pérot-interferometer met zes doorgangen met hoog contrast in combinatie met een LabRAM HR800 confocale Raman-microscoop werd gebruikt om lichtverstrooiingsexperimenten uit te voeren door een 532 nm groene laser als sondelichtbron te gebruiken. Ramanverstrooiing werd gedaan in backscattering (180°) geometrie met een 50× microscooplens en een 600 gr/mm rooster. Een geëmuleerde bloedplaatjesgeometrie werd gebruikt in BLS-metingen door het monster op een goed gepolijste Pt-plaat te plaatsen . In-situ BLS tijdens het gloeien werd uitgevoerd met behulp van een Linkam TS1500 verwarmingstrap. Het monster werd verwarmd met een snelheid van 50 ° C / min tot de doeltemperatuur (± 1 ° C) en men liet het 10 minuten equilibreren voordat Brillouin-spectra werden genomen gedurende ~ 2-5 minuten. Een membraangestuurde DAC werd gebruikt om hydrostatische drukken tot 26 GPa te genereren. Een glasmonster (~ 100 m x 100 m x 20 m groot), robijnrode bal (5-10 m in diameter, als drukkalibrant) en druktransmissiemedium (PTM) werden geladen in een gat geboord in een roestvrijstalen pakking. De druk in de DAC werd bepaald aan de hand van de drukafhankelijke robijn-fluorescentieverschuiving55. Hydrostatische omstandigheden tot 15 GPa werden bereikt door een mengsel van 4:1 methanol:ethanol als PTM te gebruiken. Voor tests boven 15 GPa werd vloeibaar argon cryogeen in DAC geladen om als PTM te fungeren. Nadat een bepaalde druk in de DAC was bereikt, liet men het monster 15-20 minuten in evenwicht komen voordat enige meting werd uitgevoerd. De longitudinale frequentieverschuiving werd verkregen uit de BLS-terugverstrooiingsgeometrie in de DAC met behulp van een lens met f = 50,8 mm. Herhaalde metingen gaven fouten in Brillouin-frequentieverschuivingen van ~ 0,1 GHz, fouten in druk werden geschat door herhaalde metingen binnen 0,1 GPa.

“Moleculaire dynamica (MD) -simulaties werden uitgevoerd voor 3000 deeltjes (1000 Si en 2000 O) met periodieke randvoorwaarden, met behulp van een drielichamenpotentiaal voor ladingsoverdracht56. De warmgecomprimeerde monsters werden verkregen door cristobaliet silica te verwarmen en te smelten en vervolgens de vloeistof met verschillende drukken op de simulatiebox af te koelen34. De drukken werden afgelaten en latere tests werden allemaal uitgevoerd bij kamertemperatuur. Voor de koudgecomprimeerde monsters, om de beperking van de tijd in MD-simulatie te overwinnen, werd een ongerept silicaglas verwarmd tot 727 ° C (Tg bij ~ 2700 ° C in MD) en gecomprimeerd tot verschillende drukken om het verdichtingsproces te vergemakkelijken. De drukken werden bij 727 °C afgelaten en de monsters werden voor verdere tests afgekoeld tot kamertemperatuur. De dichtheid van het HC-8 GPa-monster uit onze MD-simulatie is 2,750 g/cc, dicht bij de waarde van 2,742 g/cc voor het monster dat heet is gecomprimeerd onder dezelfde druk in ons experiment. Meer details over de monstervoorbereiding en de analyse van de ringgrootteverdeling zijn te vinden in onze eerdere onderzoeken34,36,57,58. De poriegrootteverdeling werd berekend door de procedures in het werk van Gelb en Gubbins te volgen59.”

Bron