ICF流体力学不稳定性实验用柱状激波管的研制

在惯性约束聚变(ICF)实验中,点火靶丸表面(界面)的粗糙度和缺陷所产生的流体力学不稳定性是决定点火成功与否的关键因素之一,设计和研制流体力学不稳定性分解实验用靶是解决该问题的主要技术手段。结合国内外的研究现状和神光-Ⅱ激光装置的特点,设计并研制了一种新型柱状激波管。该靶型由三种介质组成,分别为调制聚苯乙烯(CH)圆片、柱状碳气凝胶(CRF)和CH微套管。调制CH圆片和柱状CRF通过微加工技术装配到CH微套管内,封装后形成柱状激波管。介绍了该靶型的设计原理和详细的制备工艺,并对相应的靶参数进行了测量。结果表明:柱状CRF气凝胶具有较好的成型性,长度、直径和密度分别为1000μm、730μm和250mg·cm-3;CH圆片的厚度和直径分别为15μm和730μm,表面调制图形的周期和峰谷差分别为100μm和4.3μm;实验得到的柱状激波管的轴向和径向最大装配误差分别为2μm和3μm。     

ICF分解实验用双介质调制靶的研制

为了研究惯性约束聚变(ICF)实验用靶丸不同密度界面的流体力学不稳定性增长,设计并制备了聚苯乙烯(CH)/碳气凝胶(CRF),CRF/硅气凝胶(SiO2)和CH/Al三种双介质调制靶。采用溶胶-凝胶工艺制备了密度分别为250和800mg/cm3的CRF气凝胶薄片;采用激光微加工工艺分别在两种不同密度的CRF薄片和工业用纯Al箔上引入调制图形;采用旋涂工艺在Al箔和CRF薄片(250mg/cm3)的调制表面制备一层CH薄膜,得到CH/Al和CH/CRF双介质调制靶,采用溶胶-凝胶工艺在CRF薄片(800mg/cm3)表面制备一层低密度SiO2气凝胶,得到CRF/SiO2双介质调制靶。采用电子天平、扫描电子显微镜、工具显微镜和台阶仪对所制备的CH/CRF,CRF/SiO2和CH/Al三种双介质调制靶进行靶参数测量。结果表明:三种双介质调制靶层与层之间结合紧密,界面清晰,调制图形为正弦,靶参数测量准确。     

密度渐变多层碳气凝胶靶型的制备

 以间苯二酚-甲醛为原料,结合自制活动式微模具成型工艺制备不同厚度和密度的碳气凝胶薄片,采用密度为10 mg·cm^-3的SiO₂溶胶为“粘合剂”,获得单元薄片厚度在100～580 μm,密度在50～400 mg·cm^-3范围内变化的5层密度渐变碳气凝胶靶型。重点研究了该特殊靶型内部C/SiO₂气凝胶层间界面情况。采用场发射扫描电镜（FESEM）,X射线相衬成像仪等对靶型整体结构及碳气凝胶单元薄片表面和内部微观结构进行了表征。结果表明：胶粘层SiO₂气凝胶厚度约为15 μm,厚度一致,远小于碳气凝胶层厚度且与碳气凝胶薄片的胶粘程度较好,界面平整,靶结构均匀。     

间苯二酚-甲醛凝胶自发成膜技术研究

 以间苯二酚和甲醛为原料，对水相溶胶-凝胶聚合自发成膜技术获得间苯二酚-甲醛(RF)凝胶薄膜进行了研究。主要研究了溶胶-凝胶过程中冰醋酸（HAC）含量和反应温度对凝胶过程的影响，分析了RF有机凝胶自发成膜的形成机理。IR和SEM分析表明，所得到的凝胶膜具有典型的RF有机气凝胶结构，薄膜厚度大约为50 μm，膜由直径10 μm左右的粒子组成，没有观察到明显的孔洞结构。分析认为，在间苯二酚和甲醛占总溶液的质量分数为67％左右及控制pH值在一定的酸性范围，RF凝胶自发成膜过程和机理可以用RF凝胶的收缩机理加以解释，RF自发膜的表面形貌及形成机理与均匀泡沫的连续相分离机理类似。     

碳气凝胶薄片的制备及表面密度致密层去除工艺

 研究了不同密度和厚度的碳气凝胶薄片的制备及其表面致密层去除工艺。在以间苯二酚、甲醛为原料制备有机及碳气凝胶块体材料的基础上,结合自制活动式微模具成型工艺,制备了厚度在80~350 μm,密度在50~600 mg·cm^-3范围内变化的碳气凝胶薄片。采用场发射扫描电镜、X射线相衬成像和表面轮廓仪-台阶仪等手段对其表面和内部微观结构进行了表征。测试结果表明,碳气凝胶薄片与块体的内部结构相同,但薄片表面存在一层和内部结构截然不同的致密层。采用不同粗糙程度的材料对薄片进行了表面微处理,成功去除该致密“皮”层。     

间苯二酚-甲醛气凝胶空心微球制备技术

 采用微流体注射成型技术,以邻苯二甲酸二丁酯为内外油相,间苯二酚/甲醛(RF)溶液为水相,经过溶胶-凝胶、溶剂交换、超临界干燥等过程制备出了RF气凝胶空心微球。分别采用红外光谱、光学显微镜、X光显微分析、透射电镜(TEM)、N­₂吸附-脱附,对RF空心微球成分、形貌、孔径、直径分布等进行表征。结果表明：RF为单层空心微球,具有典型的气凝胶多孔结构,由粒径为10 nm左右、且粒度分布较为均匀的纳米粒子构成,平均孔径为20 nm左右,球形度和同心度大于95%,微球直径分布在550～750 mm,最大可达到800 mm,达到了快点火靶的基本要求。     

低密度对二乙烯基苯泡沫的优化制备

针对惯性约束聚变(ICF)物理实验对具有微加工能力低密度CH泡沫材料的需求,介绍了对二乙烯基苯泡沫的高内相乳液(HIPE)法制备工艺,并讨论了引发剂含量、乳化剂含量、苯乙烯的比例和无机添加剂等对泡沫形貌结构的影响,获得了低密度对二乙烯基苯泡沫的优化制备配方。不同密度对二乙烯基苯泡沫的形貌结构、力学性能和加工性能的表征结果表明:所得泡沫由开孔状球形孔构成,球形孔的直径在1～10μm之间,孔壁上具有直径为0.2～2.0μm的圆形孔洞结构;在密度为50mg/cm3时,泡沫具有5MPa的弹性模量;通过微加工技术能够获得ICF所需柱状和片状低密度泡沫微靶样品,样品最小尺寸可达100μm。     

二氧化硅气凝胶微球制备技术

 采用悬浊液成球技术制备低密度二氧化硅气凝胶微球，介绍了TEOS的水解、缩聚过程，主要论述了悬浊液成球技术、密度匹配技术、老化时间对微球性能，特别是收缩对微球密度的影响。实验制备了密度分别为70,100,150,200mg/cm³四种小球，结果表明：熟化时间取6d，制得的微球直径为0.1~2mm,密度为50~500mg/cm³,非球形参数为1.8%。     

高密度间苯二酚-甲醛碳气凝胶ICF靶的制备与吸附性能研究

 以间苯二酚和甲醛为前驱体，通过改进传统制备技术解决了高密度间苯二酚-甲醛(CRF)碳气凝胶制备过程中的龟裂问题，制备出了符合ICF实验需要的高密度CRF碳气凝胶材料。分别对CRF碳气凝胶的元素组成和物相组成进行了鉴定，采用自动吸附仪考察了CRF碳气凝胶对N₂和H₂的吸附性能。结果表明：该碳气凝胶是一种由C元素组成的类似石墨结构的非晶固态材料，结构均匀性好，具有良好的机械加工性能，比表面积达676 m²·g^-1，平均孔径为7.16 nm；氢吸附质量分数达2.28%，相应体积密度为17.83 kg·m^-3。     

超低密度SiO2气凝胶的制备及成型研究

 以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源，采用酸碱二步催化溶胶-凝胶法，结合超临界干燥技术制备了超低密度SiO₂气凝胶,最低密度为3.4 mg/cm³；进一步结合成型工艺，在解决了模具设计和脱模技术后制备了具有不同密度的柱状和微型套筒样品，密度10～50 mg/cm³。研究了水、催化剂、稀释剂对二步溶胶-凝胶过程的影响，获得了制备低密度SiO₂气凝胶的最佳条件。利用扫描电镜、孔径分布及比表面积测试仪等对SiO₂气凝胶微结构进行了研究。结果表明，获得的超低密度SiO₂气凝胶具有较好的纳米网络，平均孔径18.9 nm，还具有高比表面积898 9 m²/g。     

ZnS衬底上GeC/GaP增透保护膜系的制备及红外光学性质

把GeC/GaP双层膜用作ZnS衬底的长波红外(8~11.5μm波段)增透保护膜系。采用射频磁控溅射法,以高纯Ar为工作气体、单晶GaP圆片为靶制备了GaP薄膜;用射频磁控反应溅射法在高纯Ar和CH4的混合气体中,以单晶Ge圆片为靶制备了GeC薄膜。分别用柯西(Cauchy)公式和乌尔巴赫(Urbach)公式表示折射率和吸收系数,对薄膜的红外透射率曲线进行最小二乘法拟合,得到了它们的厚度及折射率、吸收系数等光学常数。GaP膜的折射率与块体材料的相近,在波长10μm处约为2.9;GeC膜的折射率较小,在波长10μm处约为1.78。用所得到的薄膜折射率,通过计算机膜系自动设计软件在ZnS衬底上设计并制备出了GeC/GaP双层增透保护膜系,当GaP膜厚较大时,由于吸收增大膜系增透效果较差;当GaP膜厚较小时,膜系有较好的增透效果。     

High finesse microfiber knot resonators made from double-ended tapered fibers

We fabricated optical microfiber knot resonators from thin tapered fibers (diameter down to 1 μm) linked to untapered fiber at both ends. We demonstrated a finesse of about 100, over twice as high as previously reported for microfiber resonators. Low-loss encapsulation of microfiber knot resonators in hydrophobic silica aerogel was also investigated.     

溶剂对块体La基气凝胶性能的影响

采用溶胶-凝胶工艺,以氯化镧(LaCl3·7H2O)为前驱体,以甲醇和乙醇为溶剂,聚丙烯酸为分散剂,环氧丙烷为凝胶促进剂,分别合成两种性能不同的稀土La基气凝胶。采用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪、比表面积与孔径分析仪、力学性能测试仪对不同溶剂制备的两种稀土La基气凝胶的微观结构、成分、比表面积、孔径分布和力学性能进行了研究表征。结果表明,以甲醇和乙醇为溶剂制备的稀土La基气凝胶都具有纳米多孔材料的典型特征,由大量nm量级的球形和长条形颗粒胶连而成,孔洞结构丰富。以乙醇为溶剂制备的稀土La基气凝胶的网络骨架更纤细,孔洞更大,比表面积达到220m2·g-1,密度约为160mg·cm-3,但力学性能较差。而以甲醇为溶剂制备的稀土La基气凝胶的网络骨架更强壮,孔洞更小,比表面积达到95m2·g-1,密度约为350mg·cm-3,力学性能较好。样品性能上的差异可能是由甲醇的极性比乙醇的极性强引起的。     

Sol-gel synthesis of nanocomposite crystalline HMX/AP coated by resorcinol-formaldehyde

This work aims to improve the performance of composite explosive by using the sol-gel method to mix high explosive and oxidizer in nanoscale. Nanocomposite materials of HMX and AP were prepared by using resorcinol-formaldehyde (RF) as binder. Its structure was characterized by scanning electron microscopy (SEM), BET method, X-ray powder diffraction (XRD), and DSC. SEM images indicate that HMX/AP/RF aerogel has a laminate-like structure with uniform pores. The XRD results show that the mean crystal size of HMX is less than 100 nm; HMX and AP are mixed uniformly in nanoscale. The specific surface area of HMX/AP/RF is 27 m²/g and much less than that of RF aerogel. The mesopores and micropores of HMX/AP/RF aerogel mainly focus in the range of 2-20 and 0.6-1.6 nm, respectively. DSC analysis indicates that the thermal decomposition temperature of HMX/AP/RF is reduced compared to that of original HMX.