[发明专利]一种在低温高压条件下合成气体聚合物并原位测试的方法

说明书

技术领域

本发明涉及高压物性测量领域的超高压化学反应、特别是气体聚合反应，能够在低温高压条件下合成气体聚合物并原位测量其特性的一种在低温高压条件下合成气体聚合物并原位测试的方法。

背景技术

超高压条件下能够实现常温常压下无法进行的气体聚合反应，目前的研究发现惰性气体在超高压作用下也能表现出一定的化学活性。简单的分子化合物在超高压作用下形成了很多不同结构的聚合物，如在10GPa压力条件下，甲烷-氢气体系能够生成CH₄(H₂)₂、(CH₄)₂H₂、CH₄(H₂)₄、CH₄H₂等聚合物。一些气体分子由于超高压作用引起的电荷的转移形成了各种聚合物，目前已经发现N₂O和氢气分别有不同结构的聚合物。在大洋深处发现大量存在的甲烷水合物，则是高压作用下甲烷和水形成的一种笼状结构物质。目前的高压实验还发现了很多新相态的气体水合物，如Xe-H₂O和H₂-H₂O等。此外，在洋底还发现了大量二氧化碳的水合物，这被认为是减少地球表面温室气体二氧化碳的一种可行的方法，具有重要的应用前景。

金刚石顶砧是目前唯一能够产生百万大气压以上静态压力的科学实验装置，在高压科学研究中不可替代。金刚石顶砧主要由两部分组成，即与样品直接接触并产生超高压力的一对金刚石以及用于对金刚石进行机械加压的压机，而压机由分别与一颗金刚石固定的圆柱筒以及活塞部分构成。金刚石顶砧的工作原理是利用一对具有极小台面(一般直径在几十微米量级)的金刚石通过机械方式挤压样品而产生高压环境，在两个金刚石台面形成的挤压面之间放置预先加工有样品孔的金属垫圈，样品放置在样品孔中，样品孔的直径约为金刚石台面直径的三分之一。在实验过程中需要对样品受到的压强进行监测，目前一般的压强测试方法通常使用红宝石荧光谱的方法，需要将一块红宝石与样品一起置于顶砧的样品室内，同时收集其发出的荧光。但现有技术缺陷如下，如果要达到较大的压强，就需要使用较大体积的整块金刚石，但是金刚石价格贵，而作为其低成本的替代品的钨碳化物有磁性且不透光，不适用于某些磁性或光学相关实验，另外的替代材料如蓝宝石则会在红宝石荧光谱中产生干扰信号；在某些需要将气体样品引入顶砧的实验中，通常使用低温方法和压缩气体方法，低温方法是将气体降温至液态或固态后再引入顶砧的样品室，其缺点是对每种气体都需要温度控制，一旦控温失效，样品会迅速从液态转变为气态，使得样品腔充满气泡，甚至将样品冲出样品腔；压缩气体方法是先对气体加压至200MPa左右再引入顶砧的样品室，其缺点是气体载入腔中充入了高压气体，有一定的危险性，此方法需要大量的样品气体以从200MPa的条件下压缩气体，成本高，而对于某些价格昂贵的气体如同位素气体等，则又不适用于压缩气体方法，所述一种在低温高压条件下合成气体聚合物并原位测试的方法能解决问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明采用一种低温高压条件下进行气体聚合反应的装置，能够在低温高压条件下合成气体聚合物并原位测量其特性。

本发明所采用的技术方案是：