Vysokotlakové javy, zmeny fyzikálnych, chemických a štrukturálnych charakteristík, ktoré sú predmetom vysokého tlaku. Tlak teda slúži ako všestranný nástroj pri výskume materiálov a je obzvlášť dôležitý pri skúmaní hornín a minerálov, ktoré tvoria hlboký vnútro Zeme a ďalších planét.
Tlak, definovaný ako sila pôsobiaca na plochu, je termochemická premenná, ktorá vyvoláva fyzikálne a chemické zmeny porovnateľné so známymi účinkami teploty. Kvapalná voda sa napríklad po ochladení na teplotu pod 0 ° C (32 ° F) premení na pevný ľad, ale ľad sa môže vyrábať aj pri izbovej teplote stláčaním vody na tlak približne 10 000-krát vyšší ako atmosférický tlak. Podobne sa voda premieňa na svoju plynnú formu pri vysokej teplote alebo pri nízkom tlaku.
Napriek povrchovej podobnosti medzi teplotou a tlakom sa tieto dve premenné zásadne líšia v spôsobe, akým ovplyvňujú vnútornú energiu materiálu. Teplotné zmeny odrážajú zmeny v kinetickej energii a tým aj v termodynamickom správaní sa vibračných atómov. Na druhej strane zvýšený tlak mení energiu atómových väzieb tým, že núti atómy k sebe priblížiť v menšom objeme. Tlak teda slúži ako výkonná sonda atómových interakcií a chemických väzieb. Tlak je okrem toho dôležitým nástrojom na syntézu hustých štruktúr vrátane supertvrdých materiálov, nových stužených plynov a kvapalín a minerálnych fáz, o ktorých sa predpokladá, že sa vyskytujú hlboko na Zemi a na iných planétach.
Boli zavedené početné jednotky na meranie tlaku a niekedy sú v literatúre zmätené. Často sa uvádza atmosféra (atm; približne 1,034 kilogramu na štvorcový centimeter [14,7 libier na štvorcový palec]), čo zodpovedá hmotnosti približne 760 milimetrov [30 palcov] ortuti) a stĺpec (ekvivalent jedného kilogramu na štvorcový centimeter). Zhodou okolností sú tieto jednotky takmer totožné (1 bar = 0,987 atm). Pascal, definovaný ako jeden newton na meter štvorcový (1 Pa = 0,00001 bar), je oficiálnou jednotkou tlaku SI (Système International d'Unités). Pascal napriek tomu nezískal univerzálnu akceptáciu medzi vysokotlakovými výskumníkmi, pravdepodobne z dôvodu trápnej potreby používať gigapascal (1 GPa = 10 000 barov) a terapascal (1 TPa = 10 000 000 barov) pri opise výsledkov vysokého tlaku.
V každodenných skúsenostiach sa s tlakom vyšším ako okolité stretávajú napríklad tlakové hrnce (asi 1,5 atm), pneumatické pneumatiky pre osobné a nákladné vozidlá (obvykle 2 až 3 atm) a parné systémy (až do 20 atm). V kontexte materiálového výskumu sa však „vysoký tlak“ zvyčajne týka tlakov v rozsahu tisícov až miliónov atmosfér.
Štúdie látok pod vysokým tlakom sú obzvlášť dôležité v planetárnom kontexte. Predmety v najhlbšej priekope Tichého oceánu sú vystavené asi 0,1 GPa (približne 1 000 atm), čo je ekvivalentné tlaku pod trojkilometrovým stĺpcom hornín. Tlak v strede Zeme presahuje 300 GPa a tlaky vo vnútri najväčších planét - Saturn a Jupiter - sa odhadujú približne na 2 a 10 TPa. V hornom extrémnom období môžu tlaky vo hviezdach prekročiť 1 000 000 000 TPa.
Vytvára vysoký tlak
Vedci študujú materiály pod vysokým tlakom obmedzením vzoriek v špeciálne navrhnutých strojoch, ktoré pôsobia silou na oblasť vzorky. Pred rokom 1900 sa tieto štúdie vykonávali v skôr surových železných alebo oceľových valcoch, zvyčajne s relatívne neúčinnými tesneniami skrutiek. Maximálne laboratórne tlaky boli obmedzené na asi 0,3 GPa a výbuchy valcov boli častým a niekedy škodlivým javom. Dramatické vylepšenia vysokotlakových prístrojov a meracích techník zaviedol americký fyzik Percy Williams Bridgman z Harvard University v Cambridge v štáte Massachusetts. V roku 1905 spoločnosť Bridgman objavila spôsob balenia tlakových vzoriek vrátane plynov a kvapalín takým spôsobom, že tesnenie tesnenie vždy malo vyšší tlak ako skúmaná vzorka, čím sa vzorka obmedzila a znížilo sa riziko experimentálneho zlyhania. Bridgman nielen bežne dosahoval tlaky nad 30 000 atm, ale bol tiež schopný študovať tekutiny a iné zložité vzorky.
