Helium diffusion in carbonate minerals is important for studying the physical and chemical properties and dynamic processes of Earth’s degassing. This paper discussed helium incorporation and diffusion mechanism in crystals of calcite and aragonite based on density functional theory calculations. The diffusion pathways, activation energies (E_a), and frequency factors (v) of helium under the surface and mantle condition were calculated. Calculations show an apperant anisotropy of helium diffusion in calcite, with more energetically favorable directions along a(b) axis. The moderate anisotropy of helium diffusion is showed in aragonite, in which the diffusion rate along c axis is slower than that along a axis. Under high pressure conditions, the activation energies of helium diffusion in aragonite increase with pressure. The closure temperature for calcite crystal varies from −54 ℃ to −25 ℃ in the direction [010], and for aragonite varies from −12 ℃ to 23 ℃ in [100]. Aragonite may be more retentive for helium than calcite under surface condition, which agrees well with previous experimental studies.

设计并建立了可测量金刚石压砧（DAC）加载下材料高压声速的激光超声系统。该系统采用脉宽为6.3 ns的调Q激光器作为超声波激发光源，使用光纤位移干涉仪和速度干涉仪混合系统进行超声位移探测，不需要借助其它任何参数即可直接测量样品的高压声速和原位厚度。利用该系统，测量了2.6 GPa压力下铜样品的高压纵波声速和原位厚度，并给出了测量结果。

通过在铁基触媒中添加适量的碳化硼，制备出了具有不同硼含量的含硼金刚石单晶。利用差热分析仪，测量了含硼金刚石单晶的差热和热重。采用Kissinger方法，计算了含硼金刚石单晶在加热过程中发生氧化反应的表观活化能，对比分析掺硼量对含硼金刚石单晶热稳定性的影响。结果表明：差热和热重测量值与表观活化能计算值的变化规律基本一致；随着掺硼量的增加，含硼金刚石单晶的热稳定性先提高后降低，剧烈氧化时表观活化能随着掺硼量的增加而减小。

采用声发射技术对高温高压下人造金刚石单晶的生长过程进行了动态检测。结合合成压块的断口形貌，对金刚石单晶生长过程对应的主要声发射参数进行了分析。结果表明，声发射信号的能量计数、振铃计数、幅度和上升时间等特征参数能客观反映金刚石单晶在高温高压下的动态生长规律，为研究金刚石单晶的生长机制提供了重要的实验依据。

基于第一性原理分子动力学方法，计算了MgSiO3熔体在0~144 GPa、2 000~6 000 K的微观结构及其随压力、温度的变化特征。计算的近零压2 000 K下OSi、OMg和OO对分布函数的第一峰值位置分别为0.163 5、0.197 0和0.269 5 nm，与实验结果吻合很好。随着压力和温度的变化，MgSiO3熔体结构发生了显著变化，尤其是随着压力增加，结构变得更致密；当密度为4.59 g/cm3时，原子间的平均键长随温度（小于5 000 K）增加而减小，在常压和更高的压力下，原子间的平均键长随温度变化不明显。在133 GPa、4 000 K条件下，MgSiO3熔体的OSi、OMg和OO平均键长分别为0.161 0、0.183 5和0.230 0 nm；从地表常压到核幔边界压力，平均SiO配位数从4变到6，桥氧数目比例由31.3%增高到72.9%。MgSiO3熔体微观结构的认识对了解地幔内硅酸盐流体性质及其对地幔动力学的影响有重要意义。

运用金刚石对顶砧（Diamond Anvil Cell，DAC）技术,以液氩作为传压介质，在最高压力为67 GPa的压力范围内对NiO进行了原位的同步辐射X射线衍射研究。在整个实验过程中，并未发现第一类结构相变，也没有发现T.Sasaki等预测的在60 GPa左右轴比c/a随压力的变化率而突然增大的现象，且此压力范围内NiO的结构畸变程度随压力的变化趋势相比以前的研究结果要平缓一些。用三阶的Brich-Murnaghan方程对实验数据进行拟合，得到的体弹模量及其对压力的一阶导数分别为B0=195(4) GPa和B0=5.3(2)。

石榴子石是上地幔和地幔转换带的重要成分，掌握其高温高压下的物性演化特征对了解地幔物质组成、结构以及动力学过程具有重要意义。为此，利用第一性原理计算了0～16 GPa压力下铝系列和钙系列常见的6种榴石（镁铝榴石、铁铝榴石、锰铝榴石、钙铬榴石、钙铝榴石和钙铁榴石）的晶体结构和弹性性质。结果表明：铝系列榴石的晶胞体积小于钙系列榴石；除镁铝榴石外，铝系列榴石的密度高于钙系列榴石。在石榴子石压缩过程中，多面体体积变化率由大到小依次为[XO₈]十二面体、[YO₆]八面体、[SiO₄]四面体，且变化率之比接近3∶2∶1，表明石榴子石的压缩机制主要受其结构中的十二面体控制。键角方差的变化表明：高压可以使钙系列榴石的四面体和八面体变得更加规则；而铝系列榴石则与其不同，高压下铝系列榴石的四面体变得更加不规则。研究发现：石榴子石的体弹模量随着铁铝榴石含量的增加而增大，随着钙铬榴石和钙铝榴石含量的增加而减小；而剪切模量则随着钙铝榴石含量的增加而增大，随着铁铝榴石和钙铬榴石含量的增加而减小。除镁铝榴石外，铝系列榴石的波速整体小于钙系列榴石。通过计算结果发现，石榴子石及其固溶体的波速在410 km附近与地球典型波速模型有交点，证明了石榴子石是地幔中的重要组分，且不同组成的石榴子石及固溶体的存在可能对地球地幔的波速结构产生重要影响。

采用声发射检测技术，对高温高压下人造金刚石单晶的生长过程进行了检测和分析。利用由PCI-8型声发射仪和LMD-800型铰链式六面顶压机组成的声发射检测系统，检测了金刚石单晶的生长过程。将金刚石单晶生长和不生长过程中检测到的声发射信号进行对比和频谱分析，结果表明：声发射信号与金刚石单晶生长过程存在对应关系；金刚石单晶生长对应的声发射信号是一种低频信号，可以利用声发射信号的变化规律研究金刚石单晶在高温高压条件下的原位反应机理。