再现行星内核

HP Star 是一个高压研究实验室,可以模拟太阳系行星内核的主体环境。通过在微观尺度上创造巨大的压力和温度,HP Star 的科学家们可以仔细研究宇宙中最丰富的元素在最极端环境中的影响。

这项研究的目的是了解基本元素在承受巨大的压力和温度时会发生什么变化,这将使我们对行星内核的实际情况有更深入的了解。木星、土星和太阳系的类木行星主要由氢和氦组成。这两种丰富的元素是HP Star 实验室进行高压实验的重点。

为了让这座位于上海的实验室实现如此高压,HP Star 的科学家们在一个夹在两颗金刚石之间的小小空间内内捕获氢气。一小块金属箔通过激光钻孔形成一个 20-200 微米的空间。金属箔作为垫片被精确地压在两颗金刚石之间,为实验提供了一个样品空间。

一旦样品气体聚集在金刚石间,科学家们就可以通过拧紧夹住金刚石的钢圈来缓慢增压。由于金刚石具有惊人的硬度和碳结构,这样就能在腔体内将被困气体压成巨大的压力。使用金刚石制造高压室的另一个好处是利用了其光学清晰度。这样,科学家们就可以通过金刚石向高压室发射强力红外激光,重现行星核心的极端温度和压力。

Dalladay Simpson 博士正在使用 3D 打印技术制作细胞支架,作为进行实验的平台。细胞支架包含钢制细胞,可提供对金刚石施加的夹持力。这些电池座对材料的要求非常苛刻,因为舱内的局部压力和温度可达 400 GPa 和 3800°C 以上。虽然这种巨大的压力和温度在金刚石腔体内非常局部,而且只在短时间内出现,但电池座的材料仍然需要非常坚硬和耐热,才能进行可靠的实验。

"地心的压力为 320 千兆帕(GPa),在我们的实验中,可以达到 400 千兆帕的压力,当我们将压力提高到这个点之后,我们的金刚石往往会在压力下爆炸,当它们爆炸时,场面相当壮观"。

Polymaker 的最新材料 PolyMide™ PA6-CF 已成为实验室的首选材料之一。Dalladay Simpson 博士表示:"碳填充尼龙的刚度和强度产生了一个非常坚固的细胞支架,我们的焦距范围工作在微米公差内,细胞在增加压力后仍能保持稳定"。

PolyMide™ PA6-CF 的热变形温度为 215°C,这证明它不仅适用于这些电池座,还适用于多种定制实验室设备。以前,对于定制实验室设备,预计内部机械车间需要 2-3 周的交货时间,而且经常需要进一步改装设备。而这些新材料(PolyMide™ PA6-CF 和 GF)可迅速加快这一过程,同时还能生产出更优质、更成型的实验室设备。

在温度范围的另一端,PolyMide™ PA6-GF 被用于制造低温箱,用于研究极低温下的元素。这些低温箱用于对金刚石尖端进行低温冷却,直到其冷到足以在其上凝结样品,根据试样元素的不同,可以凝结成固体或液体。

这样就可以对固体氯、硫化氢和其他高温超导体进行高压研究实验。这项研究有助于深入了解太阳系气态巨行星所经历的大气条件。"我们一直将液氮直接倒入 3D 打印的低温箱中,以快速冷却细胞,我们经历过一些非纤维增强材料在热冲击下开裂的情况,但PA6-GF 在这些条件下有着非常好的表现"。Dalladay Simpson 博士说到。

对于Dalladay Simpson 博士来说,他的最终目标是在实验室中生产出金属氢,这被誉为高压物理学的圣杯。金属氢是氢的一种物相,在这种物相中,氢的行为类似于电导体,尤金·维格纳和希拉德·贝尔·亨廷顿于 1935 年首次提出了这一理论。研究人员认为,金属氢大量存在于木星和土星炙热且受到重力压缩的内部。通过使用内部开发的 RAMAN 散射技术,Dalladay Simpson 博士可以探测样品室内部的振动,他希望这将揭示金属氢。

Hello Polymaker

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