ICF靶材料和靶制备技术研究进展

 主要介绍了中国工程物理研究院ICF靶材料科学与靶制备技术在材料研究、靶丸制备技术、薄膜制备技术、精密微工艺及靶参数测量等方面的主要研究进展。在靶材料研究方面,近年相继研制成功全氘代聚苯乙烯（D-PS）有机材料、微靶掺杂和激光吸收与X射线转换金属纳米或团簇材料;探索了新型有机气凝胶储氢材料,开展了金属小团簇理论研究和纳米金属复合材料的研究工作。在靶制备技术与工艺方面,完成了PS单层、双层和三层塑料空心微球的研制工作;利用低温等离子体聚合涂层技术,建立了微球表面沉积纯CH薄膜以及金属掺杂CH薄膜的工艺和技术;在玻璃微球充氩技术研究中,开展了原子力扫描显微镜对玻璃球壳钻孔工艺研究以及粒子辐照改性充气技术研究,等等。     

原位聚合纳米Ni/聚苯乙烯复合材料及其热力学性能

 磁性聚苯乙烯(PS)材料有利于实现惯性约束聚变靶丸在辐射场中的无接触支撑。采用液相还原法制备了粒度为75~200 nm的Ni球形粒子,用原位聚合的方法制备了纳米Ni/PS复合材料。利用X射线衍射仪、傅氏转换红外线光谱分析仪、扫描电子显微镜及热重差示扫描量热仪分别研究了所得纳米Ni的特性、复合材料的结构及掺杂量对纳米Ni/PS复合材料的热力学行为的影响。研究结果表明：纳米Ni的掺杂能提高玻璃转变温度;纳米Ni的掺杂可以增大PS热分解焓变,在掺杂质量分数为1%~2%之间焓变达到最大;纳米Ni的掺杂降低了纳米Ni/PS复合材料热分解的比热容。     

超声化学法制备纳米WO3掺杂聚苯乙烯及其表征

 为了满足惯性约束聚变和电磁内爆实验对靶材料的需求，以W(CO)_{5/sub>为原料，利用超声化学法在线制备纳米WO3/sub>掺杂聚苯乙烯。所得样品用TEM，XPS，FTIR和TG进行了表征。测试结果表明，钨元素主要以WO3/sub>的形态存在，WO3/sub>粒径分布为20~50 nm，WO3/sub>微粒被聚苯乙烯完全包覆，掺杂后聚苯乙烯的热稳定性提高了70 ℃。在此基础上，对超声化学法的反应机理进行了探讨。研究表明：纳米WO3/sub>与聚苯乙烯分子链有一定的化学键结合，纳米WO3/sub>在聚苯乙烯基体中分布均匀。}     

CVD合成的掺杂BNx-石墨烯纳米复合材料:结构和发光性能

用B₄C为硼源,利用CVD系统在N₂-H₂等离子体中合成了掺杂BN_x纳米棒,接着在掺杂BN_x纳米棒表面用CH₄生长了石墨烯纳米片,制备出掺杂BN_x-石墨烯三维纳米复合材料。一系列表征结果说明合成的纳米复合材料由C和O共掺杂的BN_x纳米棒和石墨烯纳米片组成,其形成与碳氢基团的转换和掺杂BN_x纳米棒的形变在石墨烯纳米片中产生的应力有关。室温发光性能表明石墨烯纳米片对掺杂BN_x纳米棒的紫外光和绿光有明显的猝灭作用,起源于掺杂BN_x-石墨烯界面上的电荷转移和电子散射。     

合成聚丙酰胺-硫属半导体复合纳米材料的新技术

在水溶液体系中采用同步聚合－水解技术制备聚丙烯酰胺－半导体纳米复合材料，该ＳＰＨ技术是基于丙烯胺单体的聚合和ＭＳ纳米粒子的形成同步发生，使生成的半导体纳米粒子可均匀分散在聚丙烯酰胺基质中，该技术还为制备其它有机聚合物－金属硫化物纳米复合物提供了一种新途径。     

纳米α-Fe/PS复合材料的制备及其热力学性能研究

 采用油包水(W/O)的微乳液体系制备了粒度为20~100 nm的α Fe。对纳米Fe进行表面有机改性后分散到苯乙烯（St）单体中,得到分散均匀的Fe/St分散体系,用本体聚合的方法制备了纳米Fe/PS复合材料。利用XRD,TEM,FTIR,SEM及TG DSC分别研究了所得纳米Fe的性能、复合材料的结构、纳米Fe在PS中的分散情况以及掺杂量对纳米Fe/PS复合材料的热力学行为的影响。研究结果表明：增加纳米α-Fe的掺杂量能提高PS的降解率,降低降解温度,增大热分解的焓变。     

自悬浮定向流纳米金属粉末制备的理论模拟

叙述了自悬浮定向流纳米金属粉末的制备原理，建立了在惰性气体介质中金属液滴表面蒸发 形成悬浮微粒过程的数学模型.描述了蒸发金属液滴表面层的热流动、物质迁移、热扩散、 凝聚相初始核的形成、金属蒸气在粒子表面的凝聚、粒子相互凝聚等过程，考虑了物质迁移 系数等动力学参数对温度的依赖关系.预测了指定粉末尺寸分布下的最佳工艺条件. 关键词： 纳米金属粉末 凝聚理论模拟 自悬浮定向流     

V—Ni合金的制备及吸氘性能

金属V作为贮氢材料具有良好的增压性能因而在ICF靶丸制备工艺中备受关注，但是金属V难活化，严重影响了其在增压材料方面的应用。为了改善金属V的活化性能，向金属V中掺杂少量的金属Ni以期达到对其改性和改善其贮氢性能的目的。     

制备条件对纳米晶吸收剂的吸波性能影响的实验研究

采用柠檬酸盐溶胶凝胶法制备出不同Co掺杂的Ba纳米晶铁氧体吸收剂,分析了制备条件对其物性、吸波性能等的影响,确定了最佳制备工艺条件. 研究了粒径对纳米晶吸波性能的影响,同时还测试了纳米晶吸收剂的雷达波吸收性能. 结果表明,纳米晶吸收剂是一种性能优良的雷达波吸收材料. 关键词： 纳米晶吸收剂 烧结温度 溶胶凝胶法     

Pr基大块纳米晶合金及其特性研究

研究了Pr₆₀Al₁₀Ni₁₀Cu₂₀ 大块金属玻璃 的结构和磁性随Fe含量 的变化关系，结果表明Pr基合金逐步从玻璃状态，转变为非晶与纳米晶的复合状态，最后成 为纳米晶合金，Pr基合金的磁性也相应地发生变化.提出了一种通过对大块稀土基金属玻璃 进行Fe掺杂，制备出微观结构和性能具有可调控性的大块纳米晶合金的方法, 并讨论了纳米 晶结构和性能的关系. 关键词： 金属玻璃 大块纳米晶 掺杂     

分散剂对RF凝胶掺钛过程的影响

 以间苯二酚、甲醛和经分散的纳米钛粉为反应前体，利用物理掺杂方法研究了掺钛RF凝胶的制备工艺，并在凝胶过程中以zeta电位 粒径分布测试仪对溶液的粒径分布进行分析测试。实验发现六偏磷酸钠对纳米钛粉的分散性最好，掺杂后凝胶时间明显缩短；分散剂种类和用量对凝胶时间有较大影响，其用量为纳米钛粉量的50~100倍为宜。     

纳米碳管复合凝胶玻璃结构及谱学性能研究

用物理掺杂工艺将纳米碳管引入二氧化硅凝胶玻璃基质,成功制备了纳米碳管复合凝胶玻璃,采用X射线衍射、透射电子显微镜、紫外-可见吸收光谱、红外光谱、拉曼光谱等测试方法对其结构和谱学性能进行了表征。结果表明,通过优化掺杂工艺能够实现纳米碳管与基质的均匀复合,纳米碳管本身的结构在掺杂过程中并未发生改变。纳米碳管的引入对二氧化硅凝胶玻璃基质的紫外-可见吸收光谱和红外光谱未产生显著影响。     

基于超分子结构共掺杂纳米复合薄膜的制备与荧光特性

为改善功能分了的特性,提出一种基于金属纳米粒子-偶氮染料复合物共掺杂超分子结构功能材料的设计新方法.并依照此方法制备出复合材料,观测了其显微结构,测量了其紫外-可见光吸收,研究了该超分子结构复合体系的荧光特性.实验发现,由于金属银纳米粒子的掺杂,使得超分子结构复合体系中功能分子甲基橙在溶液态体系的荧光强度增强近5倍,而在两种不同结构(共混结构和包覆结构)的薄膜态超分子结构体系中,其荧光强度分别被猝灭15%和20%.研究结果表明,复合膜中采用超分子结构完全能够改善功能分子的特性.     

银纳米膜的电化学制备方法及性能表征

采用电沉积方法在表面活性剂与电解液的界面上制备了银纳米膜。通过对甲磺酸银体系和硝酸银体系中纳米银膜的电沉积速率及纳米银膜颗粒进行比较发现，相同条件下硝酸银体系得到的纳米膜晶粒粒径比较小，膜的生长速率较快。选定硝酸银体系为电沉积体系。考察了槽压、电解液的浓度和温度及溶液的pH值对制备银纳米膜的影响，确立了制备银纳米膜的最佳工艺条件为硝酸银浓度5mmol/L，槽压4V，pH3.0,硬脂酸的质量浓度0.2g/L。实验表明，最佳工艺条件下制备的银纳米膜晶粒粒径均匀，平均粒径在20nm左右，近似球形。本方法制备的银纳米膜将在非线性光学材料方面得到应用。     

Ag-Cu纳米颗粒修饰的N掺杂TiO_2纳米棒阵列及其高效光催化CO_2还原应用（英文）

本文采用微纳加工方法制备了负载高密度Ag-Cu纳米颗粒的N掺杂TiO_2纳米棒阵列样品.通过TiO_2的N掺杂,可将其吸光范围调控至与Ag纳米颗粒的等离激元吸收频率相匹配的波段,从而实现复合材料中肖特基结与共振能量转移过程的协同作用.与此同时,Cu纳米颗粒可以为CO_2还原提供活性位点.在全谱光照射下,复合样品光催化CO_2还原的活性显著提高,CH_4生成速率可达720     

ICF靶所用掺杂聚合物及泡沫的研制

针对ICF靶所用掺杂聚合物及其泡沫的研制，制备出铜掺杂聚-4-甲基-1-戊烯(PMP)泡沫和掺溴聚合物材料。在掺杂聚合物泡沫过程中采用了超声波振荡的方式，提高了纳米铜粉在PMP泡沫骨架中的分布均匀性。掺杂纳米铜粉CH泡沫已用于今年“神光”Ⅱ试验中，并取得了较好的物理实验结果。利用溴(Br2)和PMP在光照条件下发生的自由基取代反应，制备了部分溴代聚4-甲基-1-戊烯样品。通过控制加入溴的量来控制最终产物中溴的掺杂量。利用红外光谱与元素分析确证样品中溴原子的存在。样品在150℃以前比较稳定，但在150℃以后就会失去溴化氢(HBr)。这对制造靶材料要求的泡沫材料提出了较高的要求。本课题还进行了低密度泡沫铜制备技术和无氰化学镀铁工艺研究。制备得到体积密度约3％的泡沫铜以及化学镀铁样品。     

通过重氮盐分子表面修饰金纳米帽子探究其对等离子体共振吸收的影响

以玻璃基底作为聚苯乙烯纳米球的载体，首先将聚苯乙烯纳米球旋涂在玻璃基底上，然后通过热沉积的方法将金熔融沉积在聚苯乙烯纳米粒子的表面, 再通过超声的方式将负载有金纳米帽子的聚苯乙烯微球从玻璃基底上分离下来，最后用二氯甲烷将聚苯乙烯微球溶解掉，成功制备了空心的金纳米帽子材料。通过共价键链接的方式在这些空心的金纳米帽子的表面成功修饰上苯的衍生物，通过测试分析发现，修饰带有不同电性的基团，金纳米帽子的等离子体共振吸收会发生不同的红移或蓝移现象，推测这是由于金纳米帽子表面结构电子密度的变化所导致。     

稀土对金属纳米粒子-介质复合薄膜(Ag-BaO)光电发射性能的增强

用真空蒸发沉积的方法制备了掺杂稀土的金属纳米粒子介质复合薄膜(Ag-BaO薄膜).与不掺杂稀土的Ag-BaO薄膜相比,其光电发射能力提高了近40%.透射电镜分析表明,掺杂稀土后,Ag-BaO薄膜中的Ag纳米粒子明显细化、球化、密度增大.这表明Ag纳米粒子的细化,使得其在光作用下,光电子更容易通过隧道效应穿过界面位垒逸出,导致光电发射能力增强     

Al纳米颗粒表面等离激元对ZnO光致发光增强的研究

基于聚苯乙烯球自组装法,在P型氮化镓(P-GaN)衬底上制备了有序致密的掩模板;采用热蒸发法在该模板上沉积金属Al薄膜,通过甲苯溶液去除聚苯乙烯球,得到了金属Al纳米颗粒阵列;采用原子层沉积法,在Al纳米颗粒阵列表面依次沉积氧化铝(Al_2O_3)和氧化锌(ZnO).通过测试Al纳米颗粒阵列的消光谱以及ZnO薄膜的光致发光谱,研究了Al纳米颗粒表面等离激元与ZnO薄膜激子之间的耦合效应.实验结果表明:引入Al纳米颗粒后,在约380 nm位置附近的ZnO近带边发光峰积分强度增强了1.91倍.对Al纳米颗粒表面等离激元增强ZnO光致发光的机理进行探讨.     

纳米粘土增强环氧树脂复合材料抗原子氧性能的研究

本文采用激光爆破法高能原子氧束源研究了纳米粘土增强环氧树脂复合材料的抗原子氧性能. 研究了四种样品：纯环氧树脂,纳米粘土含量为1 wt%,2 wt%和4 wt%的纳米粘土增强环氧树脂复合材料,结果表明腐蚀深度随着纳米粘土含量的增加而降低,当掺杂纳米粘土含量为4 wt%时,腐蚀深度为纯环氧树脂腐蚀深度的28%∽37%;X射线光电子能谱(XPS)分析表明原子氧轰击后,材料表面C-C/C-H键比例减少,C-O键、酮类比例增加,表面氧化程度增加,掺杂纳米粘土的材料表面生成了新的碳酸盐,掺杂4 wt%纳米粘土的复合材料表面氧化程度增加最小;扫描电子显微镜(SEM)结果显示含有纳米粘土的复合材料表面被原子氧轰击后在纳米粘土团簇处形成了“块状”物质,掺杂4 wt%纳米粘土的复合材料,“块状”物质尺寸和分布密度最大;综合腐蚀深度,XPS,以及SEM结果表明,虽然所有表面都一定程度地被原子氧腐蚀和氧化,但掺杂纳米粘土的复合材料表面由于生成了“块状”物质,阻挡了原子氧进一步腐蚀其下的材料,提高了抗原子氧性能.