Page 13 - 《爆炸与冲击》2026年第11期

第 46 卷 黄海军，等： 氟化铅高压声速研究：高阻抗标准窗口的发现 第 11 期

Å ã κ
3R ρ 0
c V = c VN +c VE = +β 0 T (13)
µ/m ρ
式中：β 和 0 κ 为常数，与费米面上的电子态密度有关。根据已有理论计算结果，高温高压下铁的 β =
0
0.091 kg ·K ，κ=1.34 。假设金属化后 PbF 的 κ 值与铁的近似相等，利用热力学模型 ：
[46]
−2
[1]
−1
2
γ 1 dp
( ) ï ò
dT = −T dV + (V 0 −V) +(p− p 0 ) dV (14)
V 2c V dV
dp 3
2
p = ρ 0 c η/(1−S η) ， = −ρ c (1+λη)/(1−S η) ， η = 1−ρ 0 /ρ (15)
2
2 2
0
dV 0 0
计算了 PbF 的冲击温度。研究发现，当 β =0.08 kg ·K 时，计算结果与实验测量结果的吻合度高。若仅
−2
−1
2
0
用 QMD 模拟给出的比定容热容 c =3.615R，则计算的冲击温度与 QMD 模拟结果一致。该对比结果证实
V
了本文的猜测，即：QMD 模拟未充分考虑非简谐效应和电子贡献，导致对 PbF 比定容热容的低估，进而
2
引发高压区间温度模拟值与实验值的偏差。进一步分析可知，在 6 000～15 000 K 温度范围内，PbF 的电
2
子对比定容热容的贡献为 2R～4.5R，该值已经接近甚至超过晶格对比定容热容的贡献（3R）。因此，在高
温高压实验与模拟中，必须考虑电子对比定容热容的贡献，才能保证冲击温度计算结果的准确性。理论
模拟与实验测量的冲击温度的差异究竟是哪种因素占主导作用，还需深入研究。
3 结 论
在 64～198 GPa 的压力范围内，系统开展了 PbF 单晶的 Hugoniot 状态方程、声速及冲击温度的实
2
验和理论模拟研究，实验测得的 Hugoniot 数据和声速结果与理论模拟结果高度吻合，并且沿着 Hugoniot
线液态 PbF 的声速随粒子速度线性增大。研究证实，冲击压力超过约 89.6 GPa 时，液态 PbF 发生压力
2
2
诱导金属化相变。该金属化特征可实现激光干涉测速系统对 PbF 内部冲击波速度的直接精准测量，能
2
够为冲击加载条件下其他材料的声速表征提供关键技术支撑。综上，PbF 具备优异的综合物性，是一类
2
极具应用潜力的高阻抗标准灰体窗口材料。
感谢武汉理工大学物理与力学学院的吴也教授和徐丰教授给予的建议。

参考文献：
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