面向复杂求解域的高效粒子网格/蒙特卡罗模型与阳极层离子源仿真

等离子体仿真是研究等离子体放电特性的重要手段,特别是阳极层离子源,其放电结构的几何特性对等离子体特性的作用很难通过实验手段进行系统研究.然而,传统仿真模型一般是针对离子源进行整体建模,离子源的阴阳极几何轮廓形成的复杂求解域,导致模型的计算效率和收敛性较差.鉴于此,将离子源结构仿真与等离子体仿真分离,首先利用磁镜原理将离子源内外阴极大小、形状和相对位置等一系列阴极几何参数简化为磁镜比R_m和磁镜中心磁感应强度B₀两个磁镜参数,并在此基础上,建立了高效粒子网格/蒙特卡罗模型,将收敛时间由1.00μs缩短到0.45μs,大幅提升了计算效率和稳定性.进一步利用该模型系统研究了阳极层离子源放电结构的几何特性对等离子体特性的影响规律,发现R_m=2.50, B₀=36 mT时磁镜对等离子体约束效果最佳,当放电中心的位置与内外阴极间磁镜中心重合时,不仅能够输出高密度离子束流,同时可大幅减少阴极刻蚀,并保证内外阴极的刻蚀平衡.     

石墨烯/纳米铜复合材料的制备及红外性能研究

采用原位还原法制备了还原石墨烯/纳米铜复合材料,对其进行表征分析.测量该材料的中远红外波段的复折射率,计算其吸收系数和大气窗口内的法向光谱发射率并进行实验验证,进而分析其在中远红外波段的吸收和辐射性能.结果表明,纳米铜吸附在还原石墨烯表面,粒径集中在15~25nm;不同尺寸的纳米铜、还原石墨烯及其表面缺陷和官能团等的吸收特性,使该复合材料在8~9.2μm、6~6.5μm、2~3μm波段内的吸收较强,且在远红外波段吸收最强;其在3~5μm的法向发射率在0.65~0.68范围内,法向发射率在8~9.5μm内有最小值0.53,而后稳定在0.58左右,其总法向发射率分别为0.66和0.59,且与测量值相符.该复合材料可用于红外吸收、消光材料和隐身涂料等方面.     

膨胀石墨体积膨胀率对毫米波衰减性能的影响

膨胀石墨是一种具有潜在应用价值的红外/毫米波无源干扰一体化材料.本文依次以硝酸和磷酸、硝酸和乙酸的混酸为插层剂,高锰酸钾为氧化剂,采用分步插层法制备了不同体积膨胀率的膨胀石墨.采用扫描电镜分析了膨胀石墨微观结构随膨胀体积的变化;采用静态测试方法测试了不同体积膨胀率膨胀石墨的毫米波衰减性能.结果表明:随膨胀体积的增大,膨胀石墨层壁更薄,片层被充分打开,其有更多的微小薄片的尺度分布介于几微米到几十微米之间;膨胀石墨对毫米波的衰减性能随膨胀体积的增大而增大,当膨胀体积从233mL/g增大到450mL/g时,其3mm波衰减性能从5.7dB增大到8.68dB.     

闭合磁场的作用原理与布局逻辑

采用非平衡磁控溅射阴极在镀膜区间构建闭合磁场已经成为设计开发磁控溅射真空镀膜系统的通用手段,然而闭合磁场具体的作用对象、作用机制、闭合条件、布局逻辑以及作用效果等仍没有定量的判定标准或设计依据.本文从带电粒子在磁场中的运动出发,推导了真空室内电子与离子运动行为,得出闭合磁场的作用机制,并依此研究了磁控溅射阴极和离子源布局方式对电子约束效果和沉积效率的影响.结果表明,闭合磁场在真空室中主要通过约束电子来约束等离子体,进而减少系统内电子损失;阴极数量和真空室尺寸对闭合磁场的作用效果有重要影响.提出在真空室中央增加对偶离子源,研究了闭合磁场中阴极类型、旋转角度和磁场方向对电子的约束作用,发现当离子源正对阴极相斥或相吸时,真空室内分别形成了局部高密度和均匀连续的两种等离子体分布特征,边缘电子溢出比均低于3%,镀膜区的电子占比相对无对偶离子源时分别提高到53.41%和42.25%.     

还原石墨烯光学波段复折射率及消光性能研究

在对氧化和还原石墨烯近紫外到近红外波段反射率谱测量的基础上,利用Kramers-Kronig关系计算其复折射率,并反推反射率与光谱分析确定误差水平;运用T矩阵法计算其在该波段的吸收和消光效率因子,分析其消光和吸收性能.结果表明,反推反射率值与实测值误差在10~(-6)量级,且其吸收谱线特征与复折射率虚部吻合;还原石墨烯的可见光-近红外消光和吸收较强,但紫外消光和吸收较弱;氧化石墨烯在紫外-可见光波段的消光和吸收较强,但在近红外波段迅速减弱.因此,该计算方法在两种材料上适用,且氧化和还原石墨烯均可用作宽波段的光吸收或消光材料,但还原石墨烯近紫外波段以及氧化石墨烯近红外波段的性能有待改善.     

先驱体成型压强对膨胀石墨性能的影响

为了实现石墨插层化合物在光电干扰领域的应用,对不同成型压强可膨胀石墨先驱体的微观形貌、膨胀体积及膨胀后的红外干扰性能进行了研究.制备了一系列压强下的成型样品,采用扫描电镜分析其微观形貌变化并用体视显微镜观察了由成型先驱体制得的膨胀石墨蠕虫的形貌.对各样品的膨胀体积进行了测量,并测试分析了各样品所得膨胀石墨对8~14μm波段红外的干扰性能.结果表明:可膨胀石墨先驱体受压成型后其鳞片和片层发生弯折、扭曲甚至碎裂,被打开的片层间距变小,插层结构被破坏;成型压强由0MPa增至50MPa,其膨胀体积由356mL/g减小到216mL/g,相应膨胀石墨的红外遮蔽率从0.87减小到0.42.因此,可膨胀石墨先驱体受压成型会破坏其形貌,其膨胀体积和红外干扰性能随着成型压强的增大而减小.     

膨胀石墨制备及其1.064μm激光消光性能

基于两步氧化插层先驱体法制备了不同膨胀体积的膨胀石墨,分析了先驱体、膨胀石墨的微观结构和微观形貌;利用静态测试系统测试了膨胀石墨对1.064 μm激光的消光行为,据此计算了其对1.064 μm激光的质量消光系数,得到了该系数与膨胀体积的依赖关系,并从消光机理进行了原因分析.结果表明:通过控制和优化先驱体合成条件,可以制得膨胀体积高达600 mL· g-1的膨胀石墨;两步插层导致先驱体的层间距(d002)明显大于天然石墨,当其d002从0.359 0 nm增至0.371 1 nm时,所得膨胀石墨的膨胀体积从267mL·g-1增至600mL·g-1;膨胀石墨平均质量消光系数与膨胀体积呈近似线性关系,当膨胀体积由233mL·g-1增至600mL·g-1时,该系数从0.20 m2·g-1升至0.48m2·g-1;膨胀石墨对1.064 μm激光呈非选择性散射,膨胀体积大,导致几何面积大,对1.064μm激光的散射能力增强;同时,膨胀石墨中出现了更深的孔隙或孔腔,可作为等效黑体增强对入射激光的吸收.     

红外烟幕遮蔽率及其分布表征方法

目标与背景的辐射对比度是红外系统探测目标的主要依据,也是烟幕干扰重点降低的一个参量。结合辐射对比度的定义和红外定标原理,由目标和背景的视在辐射亮度引入其视在辐射对比度,并与目标和背景热像图的灰度值关联起来。利用烟幕遮蔽前后与目标和背景视在辐射对比度变化相对应的热像灰度对比度的变化,对烟幕遮蔽率进行表征。用提出的背景灰度方法对干扰实验结果进行了表征,计算得到3组试验的背景灰度值分别为91.902 4、88.002 0、33.285 6,并获得了目标区域各像元遮蔽率的直观分布图,克服了以往以点代面的评价方法。