1．目的及意义

本次论文我们主要研究在冲击压缩的条件下MgO的结构变化对其内部电场分布的主要影响。冲击波压缩作用在金属材料上使其电学，力学等性质发生变化的研究一直是冲击波物理领域的重要研究方向。在冲击压缩的条件下会产生高温高压的环境，使得材料内部产生大量缺陷，当给予材料的冲击压缩条件不同时，这些缺陷的存在方式，以及对材料的力学，电学及光学性质会有不同的影响。MgO是一种重要的地幔矿物也是耐火陶瓷工业和科学研究的基本材料，对其在冲击压缩下的性质研究具有重要的地球物理意义和工业上的应用价值。

国外现状研究：在1935年，英国物理学家Wigner预言，在一定的高压下，任何绝缘分子固体都能变成单原子导体，只是不同的材料金属化转变的临界压力不同。之后T J Ahrens利用冲击压缩的方法测量了单晶MgO在100GPa压力范围内的电阻率，观察到在90GPa附近其电阻率发生突降，并对解释该现象提出了三种可能的机理：①压力导致能隙发生突降 , 由此引起电阻率的突降. ②冲击过程中所诱导的缺陷 , 会在能隙中产生电子缺陷态 , 使电阻率改变. ③高温高压触发载流子的特殊输运 , 影响 MgO 电阻率，在文中T J Ahrens分析了第三种机理，指出不可能单由高温高压下镁离子和氧离子的扩散作用来解释实验上观测到的现象。在1969年，Keeler等人在Fuler和Price测量猛铜合金与铁在冲击波压缩下的电导率的基础上进行了改进，采用边薄型构型，以及用在冲击压为100Gpa时绝缘性仍然很好的矾土做绝缘封装，对铁的电阻率进行了实验测量。

国内现状研究：在2002年毕延提出了一种新的实验方法四电极垂向引线法，采用刻槽单晶蓝宝石作为绝缘体，用以消除以往使用环氧树脂做绝缘体时在高压导电所产生的分流效应对测量结果的影响，且用二级轻气炮作为加载手段，测量铁在终态平衡压力为101-208GPa的压力区间内的电导率，从而将铁的电导率测量的压力范围扩展到了200GPa以上，并达到了熔化固-液混合相区。冲击压缩下金属的电导率测量原理与常态下相同，但由于金属样品的电导率很小，在测量过程中要尽量减少接触电阻的接触，因此在本次实验中采用四电极引线法来测量MgO的电导率。

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2. 研究的基本内容与方案

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基本内容：利用物理场仿真软件，模拟仿真冲击波进入MgO材料中对加载在其内部电场分布的影响，并计算出几何因子，为高压下MgO电导率的测量提供理论依据。

目标：利用comsal仿真软件，模拟冲击波进入MgO材料中对加载在其内部电场分布的影响，并根据测得的数据计算出几何因子。

拟采用的技术方案和措施：一般情况下，冲击波压缩下介质电导率的测量一般有四电极法，恒流源法，电容器法，对称差分电路。测量的基本原理是将一个或多个电极或探针，放在被测样品的被测点处，在电极之间施加一定的电压或电流，测量电路中流过的电流，之后利用欧姆定律，计算样品的电阻值，计算得到所测介质的电导率。在上述四种方法中，四电极法主要用于金属的电导率测量，后三种主要用于绝缘介质的电导率测量。本文采用comsol多物理场仿真软件来建立冲击压缩下MgO的电场分布模型，进而计算得到相应高压环境下MgO材料的几何因子，从而为高压下MgO电导率的测量及变化特性提供理论依据。使用Comsol multiphysics进行多物理场仿真的具体步骤：首先进行仿真环境的设定，在进行建模时要对材料的各种物理属性，边界条件，模型的尺寸与形状等进行细致的研究；第二选择模型的维度为三维，所要用到的模块为固体力学和静电场模块，在Comsol multiphysics仿真软件中利用系统自带的绘图手段对所建立的模型进行优化，最终确定与真实环境相接近的仿真模型。在确立好模型之后，便要设定与模拟的真实环境相符合的模型边界条件和约束条件且给予模型和边界条件合适的参数值。在仿真运行过程中，采用的是稳态求解器来计算冲击压缩下氧化镁的电场分布，且引入参数扫描方法，计算出不同冲击压力下的仿真结果，以便有效的提高了计算效率。3. 参考文献

[1] 毕延.冲击压缩至兆巴卜铁的电导率及其地球物理意义[D].四川.中国工程物理研究院，2002.

[2] 杨佳.K9玻璃动态损伤过程中的电阻率测量实验研究[D].四川.中国工程物理研究院，2011

[3] Dai Lidong, SunWenqing, Li Heping, et al. 2018. Effect of chemical composition on theelectrical conductivity of gneiss at high temperatures and pressures[J]. SolidEarth, 9: 233–245.