预压和钻孔金属垫圈的主要目的是创建一个安全、稳定的微腔室，能够承受极端环境。通过在两个金刚石压砧之间放置预压痕和钻孔的金属片（例如 T301 钢），您可以形成一个密封的容器，该容器可以容纳实验样品和压力传递介质。
垫圈从简单的间隔件转变为提供侧向约束的关键结构组件。这确保了样品室在压缩下保持稳定，防止压力泄漏，并促进均匀的压力分布。
样品容纳的力学原理
形成微腔室
预压过程会产生压痕，随后的钻孔会产生特定的微孔。
这个孔是您实验的实际容器，将样品和介质固定在金刚石压砧的平面之间。
提供侧向约束
当金刚石压砧施加垂直力时，样品材料会自然地试图向外膨胀。
金属垫圈通过提供侧向约束来抵抗这种膨胀，有效地将样品推回，以维持高压。
没有这种约束，样品将简单地从压砧侧面挤出，从而无法产生高压。
确保实验稳定性
防止压力泄漏
对于原位实验，保持恒定的压力是不可或缺的。
垫圈起到密封作用；随着压力的增加，金属与金刚石尖端形成牢固的结合。
这可以防止压力传递介质逸出，否则会导致压力立即损失，并可能导致实验失败。
建立均匀性
压力梯度会严重扭曲实验数据。
垫圈有助于在样品区域建立相对均匀的压力分布。
通过稳定压缩的几何形状，垫圈确保测得的力与样品所承受的力一致。
理解权衡
结构稳定性与孔径
虽然较大的孔允许更多的样品材料，但它会损害垫圈的结构完整性。
如果垫圈壁相对于孔径变得太薄，侧向支撑就会减弱。
这可能导致“爆裂”，即垫圈灾难性失效，压力立即损失。
材料变形
金属（如 T301 钢）的选择是硬度和延展性之间的平衡。
材料必须足够坚硬以承受压力，但又足够延展以变形并形成密封而不破裂。
使用预压过薄或过于易碎的垫圈可能会导致微裂纹，从而在实验过程中缓慢泄漏。
优化您的垫圈制备
为确保高压原位实验的成功，请在制备垫圈时考虑您的具体目标。
- 如果您的主要重点是最大压力产生：最小化初始样品孔径，以最大化可用于侧向支撑的垫圈材料量。
- 如果您的主要重点是数据均匀性：确保钻孔完美地位于预压痕的中心，以避免样品两侧出现不对称应力梯度。
正确的垫圈制备不仅仅是一个初步步骤；它是整个高压组件结构完整性的基础。
总结表：
| 特征 | 高压实验中的功能 | 对研究人员的好处 |
|---|---|---|
| 预压 | 产生压痕并使金属变薄 | 优化厚度以确保密封完整性 |
| 钻孔 | 形成微腔室 | 容纳样品和传递介质 |
| 侧向约束 | 抵抗样品向外膨胀 | 防止挤出并实现高压 |
| 密封 | 将金属粘合到金刚石尖端 | 防止压力泄漏和介质损失 |
| 几何形状控制 | 稳定压缩区域 | 确保均匀的压力分布 |
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参考文献
- Qing Yang, Bo Zou. Pressure treatment enables white-light emission in Zn-IPA MOF via asymmetrical metal-ligand chelate coordination. DOI: 10.1038/s41467-025-55978-9
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
