--- title: "金刚石对顶砧怎样从红宝石的光读出压力" description: "两颗金刚石压住微小样品室，红宝石把局部压力带到光谱上。先弄清零压波长，再比较各处晶粒，并留意温度与受力方向。" canonical_url: "https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/diamond-anvil-cell/" language: "zh-CN" page_type: "story" alternate_languages: en: "https://sandboxphysics.com/stories/instruments/diamond-anvil-cell/" last_modified: "2026-11-03" --- [物理仪器怎样测量](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/) 走进仪器 # 金刚石对顶砧怎样从红宝石的光读出压力 两颗金刚石可以把一小点物质压得很紧，又让光穿过样品室。放在里面的一颗红宝石受绿光照射，会发出窄窄的红光；压力升高，红线向更长波长移动。研究者量这点移动，就能从封闭的样品旁边读出压力。 Sandbox Physics · 2026-11-03 ## 把力集中到两块小平面之间 同样的体重，踩在细鞋跟下和整只鞋底下，地面受到的压力很不一样。把力集中到小面积上，压力就大。对顶砧用两颗相向的金刚石，各自磨出很小的平面，把载荷送到两块平面之间。金刚石坚硬，又能透过可见光，既承担挤压，也留下观察的窗口。 两块平面之间夹着薄金属垫片，垫片中央开一个小孔，装入样品、传压介质和红宝石。压砧合拢后，小孔成为封闭的样品室。垫片也会变形，介质会传递挤压，外面施加多少载荷还不足以直接读出样品处的压力。需要有一位跟样品待在一起的测量者。 来源：[1] [4] ## 红宝石把受压后的变化变成光 红宝石中有少量铬离子。绿光把能量交给它们，它们再把一部分能量以红光送出来，这种受光激发后的发光叫荧光。周围晶体受到挤压，铬离子可放出的光子能量也随之改变；在常用测压条件下，压力越高，主要红线的波长越长。 肉眼看这些光都还是红色。光谱仪把不同波长分开，原本混在一起的红光便成为两条可辨的窄峰。峰往红端挪了多少，比目测颜色更容易精确量出。光强影响峰能否看清，峰的位置提供测压所需的位移。 激发光经金刚石照进小孔，荧光再从金刚石出来，由物镜和光纤送到光谱仪。样品室始终封着，测量用的是里面送出的光。 来源：[2] [5] [3] ## 先认准零压时的那条线 光谱仪首先要有可靠的波长尺。氖灯和氩灯能发出位置已知的谱线，研究者用它们校准仪器，也检查标尺有没有漂移。灯线的位置来自独立参考，受压红宝石的峰才有了可比较的横坐标。 接着量准备放进样品室的那一颗红宝石，记住它在常压、已知温度下的红线位置。各颗晶粒内部原有的挤压程度可能不同，零点也会略有差别。加压后继续跟踪同一颗晶粒，就能把位移量得更清楚。 波长移动要换成压力，还需一条事先量好的对应关系。Mao、Xu与Bell在一九八六年发表的一种常用压标，用金属压缩作压力参考，同时记录红宝石谱线怎样移动。小晶粒便有了一条从先前测量得来的压力刻度。 来源：[2] [4] [5] [6] [7] ## 样品室各处可以承受不同压力 一颗红宝石读到的是它附近的受压状态。若把几颗晶粒放在样品室不同位置，逐颗照亮并各自对照零压谱，就能比较各处压力。某一侧红移更多，可能表示那里压得更紧。 这也解释了为什么测压位置很重要。离样品远一点的晶粒，即使谱线很清楚，也可能没读到样品真正经历的压力。分散的几个测点能显出空间差异，帮助研究者调整装样和加载。 来源：[4] [1] ## 温度和受力方向也会改变红光 升温也会让红线移动，激光照得太强甚至会把晶粒局部加热。要把位移解释成压力，得知道晶粒温度，并选用适合那种温度的压标。较弱、较短的照明也有助于减小测量本身带来的加热。 各个方向挤得很不一样时，谱线还会展宽或变形。常用室温压标有自己的受力条件，准静水条件指的是尽量接近各个方向同样挤压的情况。温度已知、受力条件合适，红线的位置便能把微小样品室的压力送到外面的光谱图上。 来源：[5] [4] ## [比较五颗红宝石的局部测压](https://sandboxphysics.com/zh/labs/diamond-anvil-cell/) 拖动上方金刚石，再比较压差、升温和刚性介质下的光谱。 室温准静水压标连接模拟光子谱与条件压力；升温和应力演示保留光谱并停止定量测压。 ## 来源与延伸阅读 1. [Almax easyLab, ChicagoDAC application note ML16\_02](https://almax-easylab.com/wp-content/uploads/2021/01/ChicagoDAC-application-note-ML16_02.pdf) 相向压砧、垫片样品室、承载结构和光学通道。不把该装置的载荷关系当成通用压标。 2. [Almax easyLab, Ruby grains as a Pressure Sensor, ML22\_02](https://www.almax-easylab.com/wp-content/uploads/2023/06/ML22_02-Ruby.pdf) 含铬红宝石、绿光激发、红移窄线，以及测量同一颗晶粒零压位置的重要性。 3. [ESRF, Pressure by Ruby Luminescence](https://www.esrf.fr/cms/live/live/en/sites/www/home/UsersAndScience/support-and-infrastructure/SampleEnvironment/high-pressure-laboratory/pressure-by-ruby-luminescence-prl.html) 显微镜与光纤收集、单色仪和CCD、绿光激发及短时开光测量。不采用当前束线清单或产品性能指标。 4. [Mao, Xu and Bell, Calibration of the ruby pressure gauge to 800 kbar under quasi-hydrostatic conditions, JGR 91 (1986)](https://doi.org/10.1029/JB091iB05p04673) 室温准静水条件下，以金属压缩作参考的波长位移标定。教学实验明确采用该压标，限制在零至二十吉帕。 5. [Vos and Schouten, On the temperature correction to the ruby pressure scale, JAP 69 (1991)](https://ris.utwente.nl/ws/portalfiles/portal/128782304/temperature.pdf) 温致位移、独立氖氩波长参考、局部激光加热与单独测温。不采用通用高压温度校正。 6. [NIST Handbook, Strong Lines of Neon](https://physics.nist.gov/PhysRefData/Handbook/Tables/neontable2.htm) 已知氖线，以及空气与真空波长栏的区别。 7. [NIST Handbook, Persistent Lines of Neutral Argon](https://physics.nist.gov/PhysRefData/Handbook/Tables/argontable3.htm) 独立氩线波长参考。谱线表提供光学标定信息，不是压力标尺。 [游标怎样读出毫米的零头](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/length-metrology/) [空气也会托住天平上的物体](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/precision-balance/) [Cavendish 怎样量出两个球的引力](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/cavendish-balance/) [液柱究竟在量哪一边的压强](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/manometer/) [杯子也在吸热，怎样量出样品的比热](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/calorimeter/) [转得更费劲，液体就更黏吗？](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/rotational-rheometer/) [管口外的空气怎样改变共振](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/resonance-tube/) [地震仪怎样从机壳里的运动读出地面](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/seismometer/) [电表接上以后，电压为什么变了？](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/electrical-meters/) [检流计归零时，电阻怎样显出读数](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/resistance-bridges/) [电容为什么也会像电感](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/lcr-impedance/) [示波器上的慢波是怎样冒出来的](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/digital-oscilloscope/) [锁相放大器怎样找出埋在噪声里的信号](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/lock-in-amplifier/) [频谱里的小峰会从哪里来](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/spectrum-analyzer/) [网络分析仪怎样把电缆和器件分开](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/vector-network-analyzer/) [石英晶体慢了，怎样判断它是否变重了](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/quartz-microbalance/) [交叉色散怎样把重叠的谱阶铺开](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/echelle-spectrograph/) [只量总亮度，怎样分出许多颜色](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/ftir-spectrometer/) [用一束光量出溶液有多浓](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/uv-vis-spectrophotometer/) [椭偏仪怎样从反射光里读出薄膜厚度](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/spectroscopic-ellipsometer/) [偏振仪怎样看出样品把光混在了一起](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/mueller-polarimeter/) [一颗颗光子怎样告诉我们荧光寿命](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/tcspc-fluorescence-lifetime/) [布里渊显微镜怎样用光听见材料里的声波](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/brillouin-microscope/) [白色积分球怎样比较一盏灯的总输出](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/integrating-sphere-radiometer/) [粉末的圆环怎样显露原子间距](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/powder-xray-diffractometer/) [小角X射线散射怎样从光晕看颗粒](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/small-angle-xray-scattering/) [X 射线荧光为什么要看样品厚度](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/xray-fluorescence-spectrometer/) [原子力显微镜扫出的凸起为什么会变宽](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/atomic-force-microscope/) [小压痕怎样分开硬度与弹性](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/nanoindenter/) [差示扫描量热怎样读懂一个熔化峰](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/differential-scanning-calorimeter/) [热重分析怎样把失重与气体托力分开](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/thermogravimetric-analyzer/) [金刚石怎样从荧光里读出磁场方向](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/nv-center-magnetometer/)