对于外地核中S和Si含量的限定,有效的方法是通过高温高压实验原位测量经地球物理和地球化学模型筛选后的地核候选物质,其在液态下的密度和声速,并与外地核的密度和声速进行比较。然而,对静高压技术而言,在高温和高压同时存在的环境下原位测量液态材料的密度和声速仍是一个巨大的挑战,因此这方面相关的报道很少。在课题组之前的研究基础上,我们利用动高压实验技术,对外地核候选物质Fe-11.8 wt.%S和Fe-8.6 wt.%Si在高压下的熔化行为、液态状态方程、液态声速进行了系统研究。利用热力学模型计算了Fe-S和Fe-Si体系在外地核环境下的密度和声速,并结合地球化学研究结果,估算了地核中S和Si的含量,为Fe-S-Si三元体系的实验研究提供了重要的参考。本文主要研究内容和创新结果如下:一、针对在反向碰撞技术中,仅从界面粒子速度随时间变化的图像上,难以判断出材料弹-塑性转变时间这一问题,提出了微分处理方法,即通过粒子速度对时间的导数准确判定材料发生弹性卸载、弹-塑性卸载转变点以及塑性卸载的时间,提高了纵波声速、体波声速和横波声速的测量精度。二、通过对Fe-11.8 wt.%S组分的动高压实验所获得的新数据,综合已有数据,根据冲击波-粒子速度线性关系中拐点出现的位置,以及纵波声速向体波声速的转变,发现Fe-11.8 wt.%S组分在111.3（2.3）GPa时完全熔化,得到液态Fe-11.8 wt.%S的材料初始密度ρ0=6.50（0.02）g/cm3,材料的Hugoniot参数C0=3.68（0.11）km/s,λ=1.55（0.04）。三、在前人对于材料冲击过程中液态冲击温度的计算研究基础上,提出了完全基于动高压实验数据计算液态冲击温度的新模型。在该模型的基础上分析了液态Fe-11.8 wt.%S在高温高压下的密度和声速,发现与静高压实验中获得的数据一致,证明了这种热力学模型和相关热力学参数的可靠性。四、通过动高压实验,获得了Fe-8.6 wt.%Si组分的状态方程和声速数据,发现样品在260.3（4.6）GPa时完全熔化,但熔化前后冲击波-粒子速度线性关系无明显变化,Fe-8.6 wt.%Si的材料初始密度ρ0=7.386（0.021）g/cm3,材料的Hugoniot参数C0=4.603（0.055）km/s,λ=1.505（0.017）。五、系统分析了高压下温度对Fe-8.6 wt.%Si的纵波声速、体波声速、横波声速的影响。研究发现在高温下纵波声速随密度的变化与室温300 K下实验测量结果一致,表明高温下Fe-8.6 wt.%Si的纵波声速依然满足Birch定律。同时发现样品中体波声速随温度的升高而升高,其变化幅度较小,而横波声速随温度的变化幅度较大。结合前人研究提出了描述横波声速与密度、温度间关系的新模型。六、根据热力学模型计算了Fe-11.8 wt.%S、Fe-8.6 wt.%Si和Fe-5.4 wt.%S-4 wt.%Si不同组分在外地核温度压强环境下的密度和声速。计算结果表明外地核中含有5.4 wt.%S和4 wt.%Si能同时满足地球物理和地球化学的约束条件,并且与初始地球参考模型给出外地核密度和声速相匹配。在内地核温度压强环境下,Si的加入降低了Fe的纵波和横波声速,但是Fe-4 wt.%Si的纵波声速和横波声速仍然高于初始参考地球模型（PREM）中内地核声速。以上结果表明内地核中Si的含量应低于4 wt.%,同时还有其他能够降低内地核环境中Fe声速的轻元素存在。