碳元素形态的激光诱导击穿光谱特性

对具有不同碳元素存在形态的4种化学纯试剂（无水对氨基苯磺酸、可溶性淀粉、石墨和碳酸钙）进行激光诱导击穿光谱实验。选用实验中探测到的碳元素原子谱线CI 247.856 nm作为分析线,研究了不同存在形态碳元素的激光诱导击穿特性。从物质的化学构成、分子内部原子结合的作用力大小等方面,说明了不同形态碳元素的光谱特性存在差异的原因。实验结果表明：存在于结构复杂、化学键能较大的物质中的碳元素,被激发所需的激光能量也较大。     

激光诱导分子光谱应用于碳元素形态分析

选用碳元素常见的有机形态(C_6H_7O_2)和碳酸盐形态(CaCO_3)样品为实验对象,配置一系列不同含碳量的样品进行激光诱导击穿光谱实验,实验分析了不同形态碳元素样品在空气气氛条件下的激发特性.研究结果表明,碳酸盐形态中可探测到明显的碳元素的原子谱线,且与碳元素含量有良好的线性关系,但较难探测到碳元素的分子光谱;对于有机形态,不仅能探测到碳的原子谱线,还能探测到碳的CN分子谱线和C2分子谱线,且分子光谱与碳元素含量具有较好的相关性,说明碳元素分子光谱的形成与有机形态有关.将两种形态混合后,发现CN分子光谱与有机形态中的碳元素含量具有较好的相关性,说明利用探测到的CN分子光谱可以实现有机形态的鉴别.同时利用CN分子光谱的形成机制,在两种形态混合后的样品中添加一定量的氮元素,在氩气条件下,CN分子光谱与样品中有机碳元素含量存在较好的线性关系.进一步说明来源于空气中N和样品中N所形成的CN,均可用于有机形态碳元素的鉴别.     

液相和固相钢铁的激光诱导击穿光谱特性

为深入了解激光诱导击穿光谱技术应用于钢液成分的检测机制,对45#钢样品分别为高温熔融液态和冷却凝固后的固态样品的激光诱导击穿光谱特性进行了对比分析.实验表明,相比固体样品,在相同实验条件下对钢液进行直接测量的稳定性相对较差.各波段的光谱强度液态钢的要明显强于固态钢,两者的等离子体特性存在较大差别.采用Fe的五条原子谱线...     

不同物理形态复合肥的激光诱导击穿光谱特性分析

为深入了解激光诱导击穿光谱技术应用于复合肥成分的检测机制,选用不同物理形态(粉状和颗粒状)的复合肥样品,在不同压力下制得片状样品进行实验,以分析不同物理形态复合肥样品的激光诱导击穿光谱特性。实验分别对比了0,0.5,2,4,6MPa下粉末和颗粒的N,P,K的等离子体光谱特性。研究结果表明,在压力较小时,两种形态样品的光谱特性存在较大差别,且颗粒状样品的谱线强度明显高于粉末状样品。而随着压力的增加,两者的光谱特性的差别逐渐减小。对于同一形态样品,随着压力的增加,各主要元素的特征谱线强度均呈现先增加后减小的变化趋势。     

激光诱导击穿火焰等离子体光谱研究

采用PI-MAX-II型增强型电荷耦合器件, 用Nd:YAG纳秒脉冲激光器输出的1064 nm强光束击穿在一个大气压的空气中燃烧的酒精灯火焰, 对激光诱导击穿酒精灯火焰产生的等离子体光谱进行了初步研究. 根据美国国家标准与技术研究院原子发射谱线数据库, 对等离子体中的主要元素的特征谱线进行了标识和归属. 通过激光诱导击穿空气等离子体光谱、激光诱导击穿酒精灯火焰等离子体光谱、激光诱导酒精喷灯火焰等离子体光谱的对比分析, 发现不同燃烧状况下的光谱中各原子谱线的相对强度是不同的. 这些结果对于使用激光诱导击穿技术分析和研究碳氢燃料在空气中的燃烧特性具有重要的意义和参考价值, 同时也为将该技术应用于燃烧诊断提供了实验依据.     

激光诱导煤粉等离子体的特性研究

本文研究了煤粉形态对于激光诱导煤粉等离子体特性的影响,以指导应用激光感生击穿光谱进行煤质测量时最佳样品形态的选择.建立了一套激光诱导击穿光谱的实验台架,对同一煤种的4个不同粒径范围的粉状样品进行激光激发与光谱分析,利用钙原子不同跃迁能级发射谱线的强度分布计算了0.3～0.5μs区间内的等离子体温度,并依据谱线Stark展宽与电子密度的关系得到了等离子体的电子密度.再对激发不同粒径煤粉样品产生的等离子体温度与电子密度进行了对比.实验证明,煤粉粒径越小,等离子体温度越高且电子密度越大,也即样品的等离子化程度越高,越有利于煤中元素的定量分析.     

用激光感生击穿光谱技术测量燃煤含碳量

研究了应用激光感生击穿光谱技术对燃煤进行元素快速定量分析的可行性。介绍了用于激光感生击穿光谱技术定量分析的定标曲线方法，并以5种煤样作为实验对象，选取激光击穿煤粉时碳元素505.2nm原子发射谱线为分析谱线，定量分析了延迟时间分别为0.8μs，1.2μs，1.6μs，2.0μs和2.4μs时煤粉中的含碳量，将测量结果与元素分析仪测量结果比较，延迟时间为1.6μs时测量误差最小。根据等离子体发射机制分析了延迟时间对定量分析的影响。实验结果表明：激光感生击穿光谱技术的分析精度较高，可望用于煤质特性快速检测。     

利用激光诱导击穿光谱分析土壤成份

搭建了一套激光诱导击穿光谱实验装置,并通过配置特定样品,开展了一系列激光诱导击穿光谱探测实验。根据含有不同质量分数的同种元素样品的激光诱导击穿光谱实验结果,获得元素质量分数与谱线强度的关系曲线(定标曲线)。对中南民族大学附近的土壤进行激光诱导击穿光谱实验,发现土壤中含有Mg,Ca,Na等18种元素,对河南云台山茱萸峰岩石的激光诱导击穿光谱实验结果仅获得Fe,Mg,Ca 3种金属元素。比较这2种实际样品的激光诱导击穿光谱结果表明,检测样品的物理结构影响激光诱导光谱的实验结果。     

利用激光诱导击穿光谱分析土壤成份

 搭建了一套激光诱导击穿光谱实验装置,并通过配置特定样品,开展了一系列激光诱导击穿光谱探测实验。根据含有不同质量分数的同种元素样品的激光诱导击穿光谱实验结果,获得元素质量分数与谱线强度的关系曲线(定标曲线)。对中南民族大学附近的土壤进行激光诱导击穿光谱实验,发现土壤中含有Mg,Ca,Na等18种元素,对河南云台山茱萸峰岩石的激光诱导击穿光谱实验结果仅获得Fe,Mg,Ca 3种金属元素。比较这2种实际样品的激光诱导击穿光谱结果表明,检测样品的物理结构影响激光诱导光谱的实验结果。     

远程激光诱导击穿光谱技术与应用(特邀)

在冶金工业、核工业、深空探测等领域,受限于高温、强辐射等人员无法达到的极端环境限制,亟需一种可快速准确进行物质成份分析的远距离非接触式探测手段。远程激光诱导击穿光谱技术是一种结合激光远距离传输与控制以及弱光信号采集来获取目标材料物质成份信息的一种技术手段,可以实现极端环境下物质的非接触式远距离探测。本文系统介绍了远程激光诱导击穿光谱系统的光学系统结构,以及不同结构远程激光诱导击穿光谱装置的性能特点及其面临的技术瓶颈。针对远程激光诱导击穿光谱技术探测灵敏度与探测距离受限、光谱信息受限等问题,还介绍了国内外常用的远程激光诱导击穿光谱信号增强方法以及激光诱导击穿光谱与拉曼光谱结合等技术方法。最后简要总结了远程激光诱导击穿光谱技术在爆炸物探测、核工业、深空探测等几个典型领域的应用,展望了其在未来的发展。     

金属表面碳涂层对激光等离子体辐射的影响

阐述了激光诱导击穿光谱技术的基本原理,分析了金属材料表面光学性质与激光诱导等离子体辐射强度的关系,建立了空气中进行等离子辐射研究的试验装置,测量了不同厚度碳层下激光等离子体的发射光谱强度。实验结果表明：当一束近红外高能量脉冲激光（能量为5 J）作用于覆盖有约18 μm厚度碳层的标钢样品时,激光等离子体的发射光谱强度提高了16%～22%;证明了金属样品表面覆盖碳层能够提高激光等离子体辐射强度。     

金属表面碳涂层对激光等离子体辐射的影响

 阐述了激光诱导击穿光谱技术的基本原理,分析了金属材料表面光学性质与激光诱导等离子体辐射强度的关系,建立了空气中进行等离子辐射研究的试验装置,测量了不同厚度碳层下激光等离子体的发射光谱强度。实验结果表明：当一束近红外高能量脉冲激光（能量为5 J）作用于覆盖有约18 μm厚度碳层的标钢样品时,激光等离子体的发射光谱强度提高了16%～22%;证明了金属样品表面覆盖碳层能够提高激光等离子体辐射强度。     

Application of laser-induced incandescence to suspended carbon black particles

For the first time, to the best of our knowledge, laser-induced incandescence (LII) has successfully been applied to carbon black suspensions. A linear correlation between the experimentally derived signal decay time and the mean primary particle size, determined by transmission electron microscopy, for different carbon black particles was found. Moreover, a nonlinear relation similar to that known from measurements of aerosols was observed for the peak LII signal and the laser fluence. Despite different heat transfer properties, the signal decay time was not influenced by the solvents used.     

横向电场下的类金刚石薄膜激光损伤

类金刚石（DLC）薄膜在红外区有很高的透过率,但激光损伤阈值低,严重限制了其应用领域。采用直接在DLC薄膜上沉积Ti电极,基于激光损伤阈值（LIDT）测试平台,用1-on-1零几率损伤法,研究了在不同偏置电场下DLC薄膜损伤阈值及损伤形貌的变化。发现电场强度从0增加到700 V/cm,损伤阈值明显增大;进一步增大偏置电场,损伤阈值相对不变。分析认为偏置电场改变了激光辐照DLC薄膜区域的光生载流子漂移速度,减小了DLC薄膜的局部热累积,减缓了薄膜的石墨化进程,提高了DLC薄膜的抗激光损伤阈值。     

横向电场下的类金刚石薄膜激光损伤

类金刚石(DLC)薄膜在红外区有很高的透过率,但激光损伤阈值低,严重限制了其应用领域。采用直接在DLC薄膜上沉积Ti电极,基于激光损伤阈值(LIDT)测试平台,用1-on-1零几率损伤法,研究了在不同偏置电场下DLC薄膜损伤阈值及损伤形貌的变化。发现电场强度从0增加到700V/cm,损伤阈值明显增大;进一步增大偏置电场,损伤阈值相对不变。分析认为偏置电场改变了激光辐照DLC薄膜区域的光生载流子漂移速度,减小了DLC薄膜的局部热累积,减缓了薄膜的石墨化进程,提高了DLC薄膜的抗激光损伤阈值。     

Effects of laser intensity and ambient conditions on the laser-induced plume

Laser ablation presents a promising technique for material processing. The quality of products is strongly influenced by the properties of the laser-induced plume. In compressible flow, the ambient conditions can be transmitted upstream. Therefore, the laser ablation process is strongly affected by the ambient conditions. In this paper, the effects of laser intensity, back pressure and temperature on the laser-induced plume were studied using a numerical model, which calculates the density, pressure and temperature of the laser-induced plume at different laser intensity and ambient conditions. The results are in agreement with experimental results available in the literature and can be used for the optimization of the pulsed laser deposition process.     

基于多元定标法的煤粉碳元素LIBS定量分析

本文选用碳含量差别较大的14个煤样,进行激光诱导击穿光谱实验。引入多元校正的分析方法,实现煤中碳元素的LIBS定量分析。根据煤质的结构特点,得到影响碳元素激发的主要影响因素分别为与碳骨架相连的H、O、N,以及主要的矿物质元素Si、Al、Ca、Fe。选择这些元素常见的特征谱线强度值,作为多元回归分析的输入量,然后根据回归方程变量的筛选原则,确定了用于回归关联式建立的变量,进而得到回归关联式,并通过方差分析和回归统计验证了方程的可行性。结果表明,采用多元校正的分析方法,得到多元回归分析模型预测值与实验室元素分析仪得到的参考值之间的相对误差在5%之内,说明采用多变量校正的分析方法对碳元素进行定量分析,能得到较高的分析精度。     

He-Ne散射光检测光学薄膜激光损伤阈值

准确测定光学薄膜的激光损伤阈值可以衡量光学薄膜的抗激光损伤能力,测定损伤阈值的关键是准确地判定损伤的发生与否。建立了He-Ne散射光检测光学薄膜激光损伤阈值系统。通过测量同一样品点的He-Ne散射光能量变化来判断薄膜表面发生的损伤,并对制备的类金刚石薄膜与HfO₂/SiO₂反射膜进行了阈值测试。与等离子体闪光法的阈值测试结果进行比较,具有较好的一致性。分析表明：He-Ne散射光测试系统能有效地判断出激光诱导损伤,易于实现在线检测。