因稳定的分子结构和物理化学性质, 近年来SnO2在光、 电、 磁等方面应用日益广泛。 为拓宽SnO2应用范围, 对高压条件下纯SnO2和Pb掺杂SnO2结构的相变行为和拉曼光谱活性振动模的变化进行了探究。 实验采用水热法制备了纯SnO2和Pb掺杂量为10%的SnO2样品。 扫描电子显微镜（SEM）图表明, 上述制备样品由多个纳米棒从中心发散排列而成, 整体成类花状。 X射线衍射图谱表明, 样品在常温常压下晶体结构为四方金红石型SnO2（空间群P42）。 采用Mao-Bell型金刚石压腔结合原位拉曼光谱探究了金红石型SnO2和Pb掺杂SnO2两种材料的高压相变过程。 研究结果显示, 两种材料加压至26 GPa过程中, 纯SnO2和Pb掺杂的SnO2的活性拉曼振动模(B1g, Eg, A2g, B2g)均向高频移动。 在14 GPa时, 纯SnO2的Eg峰分裂, 563 cm-1处出现新峰, 表明SnO2从常压四方金红石型结构向CaCl2型结构相变。 Pb掺杂SnO2在常压拉曼谱图中出现了577 cm-1的拉曼峰。 当加压至13 GPa时, B1g振动模向Ag模转变, 材料发生一级相变。 上述对比表明Pb掺杂的SnO2具有更低的一级相变压力点13 GPa, 结果归因于SnO2晶胞中Pb离子代替Sn离子, 原子之间间距变小, 离子大小不同造成掺杂后价态差异表面缺陷, 导致SnO2结构稳定性降低, 进而降低了相变压力。 此外Pb掺杂SnO2在压力12 GPa时, 晶体的对称性降低, 577 cm-1和639 cm-1处特征峰宽化开始合并成包状峰, 表明有部分晶体表面原子无序性程度增加, 出现晶体向非晶的转变过程。 继续加压至26 GPa, 两种材料特征峰渐渐消失, 并未观测到其他特征峰的出现。 非静水压对相变压力也存在一定程度影响。 非静水压条件下部分晶体更易趋向于非晶, 晶界处存在较大的应力使纳米晶体在晶界处极易形成高压相成核点, 导致相变发生, 进而降低相变压力。 本文研究不同条件下SnO2的相变行为, 丰富了极端条件下SnO2的物理化学性质的多样性研究。

应用金刚石压腔结合拉曼光谱技术研究了封闭体系内氢同位素在苯和重水之间的分馏效应。 物相间达到同位素交换平衡是测定稳定同位素分馏系数的前提。 与高温高压条件下水抑制正烷烃、 环烷烃等烷烃的氢同位素分馏不同, 苯的特殊结构可促使其在实验条件下与重水发生氢同位素分馏。 通过逐步升高体系温度、 增大苯和重水的接触面积、 300 ℃下恒温足够长时间等实验手段促使苯和液态重水间达到氢同位素交换平衡, 测得300 ℃条件下苯和重水之间的氢同位素分馏系数为0.909 9。 证明了原位拉曼技术测定不同液相间氢同位素分馏系数的可行性, 同时扩展了金刚石压腔结合拉曼光谱技术测定不同物相间稳定同位素分馏系数的应用范围。

当前,拉曼光谱通常被应用于定性研究,拉曼光谱的定量研究明显不足.通过理论分析,拉曼光谱的定量研究应当基于其相对强度来进行.据此,通过对三种不同浓度的Na2SO4溶液进行拉曼光谱分析,得到了常温常压下水溶液中SO2-4离子浓度的定量方程为:ｃ(SO2-4)=4.779 6R(r2=0.999 4).此外,对高温高压下硫酸根水溶液的拉曼光谱也进行了研究.光谱分析表明,温度和压力将影响拉曼谱峰强度比值与SO2-4浓度的关系.高温高压下水溶液中SO2-4浓度的定量方程为:c(SO2-4)=4.779 6(R+1.469×10-4ΔT+1.340×10-4ΔP),式中c(SO2-4)为待测溶液中SO2-4的浓度,R为拉曼谱峰强度的比值R(SO2-4/H2O),ΔT为相对于常温(23 ℃)时的温度差,ΔP为相对于常压(0.1 MPa)时的压力差.该方程适用的温度范围为23 ℃≤T≤360 ℃,浓度范围为0.5～1.5 mol·L-1,测量的相对误差为6.5%.对于具有拉曼活性的物质,拉曼光谱实验技术可以用来进行水溶液中物质浓度的定量研究.

实验利用金刚石压腔装置研究了常温和0.1～1 400 MPa范围内黄铜矿A1振动模式的原位拉曼光谱特征。 结果显示在实验条件范围内, 该拉曼振动峰的强度和形态保持稳定, 表明晶格内Cu-S和Fe-S间的相互作用没有发生质变。 实验发现黄铜矿该拉曼振动的波数随着压力升高连续向高频方向移动, 两者的线性关系为: ν290＝0.031 2p+290.60(0.1≤p<58.8 MPa)和ν290＝0.005 72p+292.10(58.8≤p<1 400 MPa)dν/dp。 常温下58.8 MPa是黄铜矿该拉曼波数随压力变化率的一个突变点, 低于和高于该压力时分别为31.2和5.72 cm-1·GPa-1, 显著的差异表明黄铜矿的结构可能发生了某种改变。

选择新疆巴里坤花岗岩中的无色和粉红色两种正长石矿物进行了静水压力实验研究。 使用立方氧化锆压腔， 以石英做压标对正长石矿物进行了常温和100~600 MPa不同静水压力条件下的原位压力测试实验。 对不同压力条件下正长石矿物的含水性进行了拉曼光谱和傅里叶转换红外光谱表征。 分析发现正长石的拉曼位移与样品所受到的静水压力呈显著的正相关关系。 长石结构基团的M—O振动峰、 AlⅣ—O—Si弯曲振动峰和［SiO4］四面体基团振动的拉曼峰随静水压力的增大而有规律地向高频方向偏移， 漂移距离分别为2, 2.19和小于2 cm-1。 红外光谱分析表明在一定的压力条件下进入到粉红色长石中的水较无色长石中的水含量为多。 正长石红外光谱中以3 420 cm-1为中心的水分子吸收峰的强度和积分面积随着静水压力的增大而增强。无色长石和粉红色长石的积分面积分别由常压下的120和1 383 cm-1提高到600 MPa 条件下的1 570和2 001 cm-1。 实验结果预示着正长石在地壳一定深度的含水围压条件下， 围岩中的水可以进入到长石矿物中。

三元体系NaCl-CaCl2-H2O是一种重要的天然水-盐体系。 然而, 研究人员在过去只研究了低温下该体系的相变, 但在高温高压条件下拉曼位移和物理参数之间的定量关系却并没有被报道。 利用利用热液金刚石压腔(HDAC)和石英压标, 对高温高压下三元体系NaCl-CaCl2-H2O的拉曼光谱特征进行了系统的研究, 并获得了水的O—H伸缩振动谱带的拉曼位移、 溶质质量分数和压力之间的定量关系。 其中盐的质量分数相等(NaCl与CaCl2), 分别为4.0 mass％, 8.0 mass％和12.0 mass％。实验结果表明, 当盐的质量分数和体系的压力保持不变时, O—H伸缩振动的标准拉曼位移差(Δν(O—H))伴随着温度的升高而增大。 当温度和压力恒定时, Δν(O—H)随盐的质量分数的增加而增大。 对于这个三元体系, 其Δν(O—H)与压力近似为线性关系, 且不同盐度条件下的关系斜率相近。 Δν(O—H)与温度(T)、 压力(P)、 溶质质量分数(M)之间的定量关系为P＝-31.892Δν(O—H)+10.131T+222.816M-3 183.567, 其中该方程的有效PTM范围为200 MPa≤P≤1 700 MPa, 273 K≤T≤539 K 以及M≤12 mass%。 该公式可以用来作为地质压力计, 用于研究等盐度条件下在NaCl-CaCl2-H2O体系流体包裹体。 该方法作为一种直观的地质探测技术, 具有潜在的应用价值。

结合光纤光栅传感检测技术与旋涡分离原理, 研制了一种基于三角柱型旋涡发生体的光纤Bragg光栅流量计, 在三角柱旋涡发生体中部设置导压腔, 腔内设置粘贴Bragg光栅的等强度悬臂梁, 流体经过发生体两侧时,交替分离旋涡, 导压腔内部产生脉动流体, 等强度悬臂梁产生振动且振动频率与旋涡分离频率成正比, 通过检测悬臂梁振动频率测量流体流量。实验表明, 该流量计的线性度为4.38% FS, 仪表系数为K=3.659, 光纤光栅波长移位频率对流量的响应度为1.182 Hz/(m3/h)。

利用金刚石压腔结合拉曼光谱分析技术, 研究了文石在18～388 ℃, 71～2 014 MPa, 以及方解石在19～351 ℃, 96～1 823 MPa条件下的拉曼光谱特征, 并得到文石和方解石的拉曼位移与温度、 压力三者之间的关系式。 研究结果表明, 文石和方解石的拉曼位移随温度压力的变化规律相似, 都随压力升高向高频移动, 除文石的704 cm-1外均随温度升高向低频移动。 二者的晶格振动νi/T值均大于［CO3］基团内振动的值, 说明CaO6八面体的热膨胀性大于［CO3］基团的热膨胀性。 二者的对称伸缩振动ν/T及ν/P值不同, 由于该振动拉曼位移和C—O键的键长有关, 方解石的C—O键的热膨胀性比文石小而可压缩性比文石大。 另外升温升压过程中文石和方解石可以相互转化, 伴随该过程发生的［CO3］基团旋转变形等动力学因素也可以造成二者νi/T和νi/P值差异。

利用碳化硅压腔在室温（25 ℃）下， 研究了异辛烷（2,2,4-三甲基戊烷）在常压至1.2 GPa条件下的拉曼光谱特征。 研究结果表明， 异辛烷CH2和CH3的碳氢伸缩振动的拉曼位移随着压力的增大均呈线性向高频方向移动， 其拉曼位移与压力的函数关系为： ν2 873=0.002 8P+2 873.3; ν2 905=0.004 8P+2 905.4; ν2 935=0.002 7P+2 935.0; ν2 960=0.012P+2 960.9。 在1.0 GPa附近， 异辛烷的拉曼位移出现突变， 与显微镜下观察发生的异辛烷液-固相变一致。 结合异辛烷在常压下的熔点数据， 获得了异辛烷的液-固两相相图， 并根据克拉贝龙方程获得了液-固相转变过程中的摩尔体积变化量ΔVm=4.46×10-6 m3·mol-1和熵变ΔS=-30.32 J·K-1·mol-1。