溴掺杂低密度PMP泡沫的制备技术研究

 详细论述了掺溴聚-4-甲基-1-戊烯(PMP)低密度泡沫的制备方法与性质测量。以PMP为泡沫骨架材料,均四甲苯/萘为溶剂,六溴苯为掺杂单体,利用热诱导倒相法制备出密度20～60 mg/cm³的掺溴低密度泡沫。在理论密度为50 mg/cm³时掺杂溴原子最大质量分数可达58.91%。利用扫描电镜观测泡沫结构表明：聚合物泡沫均是一种“叶片”状开放的结构,“叶片”的大小依赖于聚合物掺杂量的多少。随着掺杂量的增大,可供形核-长大的晶核也逐渐增多,最终得到的聚合物“叶片”较小。整个体系中密度分布是较为均匀的,掺杂单体在整个聚合物体系中基本不存在沉降的趋势。整个泡沫体系在低温区未出现较大的失重,溶剂的脱出较为完全线。     

溴掺杂低密度PMP泡沫的制备技术研究

详细论述了掺溴聚-4-甲基-1-戊烯(PMP)低密度泡沫的制备方法与性质测量。以PMP为泡沫骨架材料,均四甲苯/萘为溶剂,六溴苯为掺杂单体,利用热诱导倒相法制备出密度20～60 mg/cm3的掺溴低密度泡沫。在理论密度为50 mg/cm3时掺杂溴原子最大质量分数可达58.91%。利用扫描电镜观测泡沫结构表明：聚合物泡沫均是一种“叶片”状开放的结构,“叶片”的大小依赖于聚合物掺杂量的多少。随着掺杂量的增大,可供形核-长大的晶核也逐渐增多,最终得到的聚合物“叶片”较小。整个体系中密度分布是较为均匀的,掺杂单体在整个聚合物体系中基本不存在沉降的趋势。整个泡沫体系在低温区未出现较大的失重,溶剂的脱出较为完全线。     

低密度PMP聚合物泡沫成型控制

为了进一步提高低密度聚-4-甲基-1-戊烯（PMP）聚合物泡沫的成型性能,满足惯性约束聚变物理实验的需求,采用热诱导倒相法结合原位成型和机械加工来进行低密度PMP聚合物泡沫的成型控制研究。 研究结果表明：在热诱导倒相法制备过程中,聚合物溶液形成凝胶后施加气压,再将其在加压状态下在液氮中淬火,可以大大减少得到的PMP/溶剂混合体中大的孔洞,提高其强度,并且在溶剂脱除后PMP泡沫收缩变小,微观结构更加均匀, 孔径更加细小。采用原位成型和机械加工的方法,可以实现低密度PMP聚合物泡沫的精密成型控制。     

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。     

低密度三羟甲基丙烷三丙烯酸酯泡沫的研制

 以三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA）为原料,结合紫外光固化及冷冻干燥工艺,成功制备了密度在4～20 mg/cm³、可自支撑的TMPTA泡沫柱。试验研究发现,泡沫的收缩导致实际密度与理论密度的比值大于1,且随理论密度的增加而减小;热失重测试表明泡沫的热分解温度达到290 ℃;SEM测量表明泡沫具有均匀、开放的网络结构。压汞仪测试表明泡沫的孔径主要分布在3.0～7.5 mm之间,平均孔径为7.37 mm。TMPTA泡沫柱已成功地应用于近年的Z箍缩物理试验中。     

掺杂丙烯酸酯合成及泡沫原位成型技术

辐射输运研究是惯性约束聚变实验研究的重要内容。在这类实验中需要研究辐射输运沿柱腔内填充的聚合物泡沫材料的传输问题。多元丙烯酸酯聚合物泡沫适用于ICF柱腔靶填充泡沫，并且可以直接在柱腔或各种形状的靶中成型，无须后续的精密加工过程，消除了泡沫柱与柱腔之间的装配误差。     

PMP泡沫的飞秒激光烧蚀及切割方法

对密度为90 mg/cm3的PMP泡沫材料的飞秒激光烧蚀结果进行了分析,推导出该材料在脉宽50 fs、波长800 nm、重复频率为1000 Hz的飞秒激光作用下的蚀除阈值为0.91 J/cm2（100个激光脉冲）,获得了烧蚀直径分别随激光功率、脉冲数及聚焦物镜数值孔径的变化规律。相同飞秒激光加工系统下,对比了铜箔上获得的烧蚀形状,确定了PMP泡沫材料本身的多孔洞及其分布不均匀是造成烧蚀区域的形状不规则的重要因素。PMP泡沫在较高能量或是较长时间的飞秒激光作用下,烧蚀区域发生碳化的原因是由热作用引发的。提出了一种基于激光束耦合的飞秒激光切割厚度大于1 mm的薄膜-泡沫材料的方法,并获得了切割厚度大于1.5 mm、切割侧壁与光束光轴夹角小于5、切割面整洁的薄片。     

金掺杂PMP泡沫的制备与表征

以聚-4-甲基-1-戊烯(PMP)为泡沫骨架材料,金颗粒为掺杂材料,均四甲苯与萘为混合溶剂体系,通过热诱导倒相技术制备出金掺杂低密度聚合物泡沫。实验结果表明:在金含量不变的情况下,掺杂泡沫的实际密度与理论密度呈线性关系;在理论密度不变的情况下,掺杂泡沫的实际密度随掺杂质量分数的增加趋近于理论值;金实际掺杂质量分数低于理论掺杂质量分数;掺杂泡沫与纯PMP泡沫具有类似的孔洞结构,随掺杂质量分数的增加泡沫的孔洞直径分布变宽且网络骨架尺寸有变大的趋势。     

金掺杂PMP泡沫的制备与表征

以聚-4-甲基-1-戊烯(PMP)为泡沫骨架材料,金颗粒为掺杂材料,均四甲苯与萘为混合溶剂体系,通过热诱导倒相技术制备出金掺杂低密度聚合物泡沫。实验结果表明：在金含量不变的情况下,掺杂泡沫的实际密度与理论密度呈线性关系;在理论密度不变的情况下,掺杂泡沫的实际密度随掺杂质量分数的增加趋近于理论值;金实际掺杂质量分数低于理论掺杂质量分数;掺杂泡沫与纯PMP泡沫具有类似的孔洞结构,随掺杂质量分数的增加泡沫的孔洞直径分布变宽且网络骨架尺寸有变大的趋势。     

低密度聚环己基乙烯泡沫的制备

低密度CH聚合物多孔材料是惯性约束聚变(ICF)的重要靶材料,利用热致相分离原理对低密度聚环己基乙烯泡沫的制备进行了研究。首先通过聚苯乙烯(PS)氢化反应制备了聚环己基乙烯(PVCH),经过溶剂选择,确定以环己烷/1,4-二氧六环为溶剂体系,经热致相分离和冷冻干燥技术制备出低密度PVCH泡沫。通过分析溶液浓度对泡沫密度的影响,确定了泡沫密度与聚合物溶液质量浓度之间的关系,在0.04~0.15 g/cm3/sup>范围之内可实现对泡沫密度的有效控制。泡沫孔结构测试结果表明随着密度的增加,平均孔径有升高的趋势,孔径分布趋于单一化,孔径范围为23.63~0.83 μm。     

低密度聚环己基乙烯泡沫的制备

低密度CH聚合物多孔材料是惯性约束聚变(ICF)的重要靶材料,利用热致相分离原理对低密度聚环己基乙烯泡沫的制备进行了研究。首先通过聚苯乙烯(PS)氢化反应制备了聚环己基乙烯(PVCH),经过溶剂选择,确定以环己烷/1,4-二氧六环为溶剂体系,经热致相分离和冷冻干燥技术制备出低密度PVCH泡沫。通过分析溶液浓度对泡沫密度的影响,确定了泡沫密度与聚合物溶液质量浓度之间的关系,在0.04~0.15 g/cm3范围之内可实现对泡沫密度的有效控制。泡沫孔结构测试结果表明随着密度的增加,平均孔径有升高的趋势,孔径分布趋于单一化,孔径范围为23.63~0.83μm。     

PMP/Cu泡沫材料中Cu颗粒的三维分布

为观测和分析铜掺杂聚-4-甲基-1-戊烯(PMP/Cu)低密度泡沫材料中铜颗粒的三维空间分布,采用高分辨X射线断层扫描技术,扫描PMP/Cu泡沫材料样品,对铜颗粒在聚合物泡沫中的分布进行了成像分析。经过图像处理和三维重构,获得铜颗粒在PMP聚合物泡沫中的三维立体分布图。结果分析显示:铜纳米粒子在PMP泡沫中存在团聚现象;不同尺寸的团聚物形态呈现出明显的多样化特征,小颗粒团聚物趋于球形,大颗粒团聚物趋于不规则的短木棒状,与在电子显微镜下直接观测到的结果一致。研究表明,该技术可以在不破坏样品的前提下,实现对有机聚合物泡沫材料中掺杂金属颗粒空间分布情况的直接观测。     

PMP/Cu泡沫材料中Cu颗粒的三维分布

为观测和分析铜掺杂聚-4-甲基-1-戊烯（PMP/Cu）低密度泡沫材料中铜颗粒的三维空间分布,采用高分辨X射线断层扫描技术,扫描PMP/Cu泡沫材料样品,对铜颗粒在聚合物泡沫中的分布进行了成像分析。经过图像处理和三维重构,获得铜颗粒在PMP聚合物泡沫中的三维立体分布图。结果分析显示：铜纳米粒子在PMP泡沫中存在团聚现象;不同尺寸的团聚物形态呈现出明显的多样化特征,小颗粒团聚物趋于球形,大颗粒团聚物趋于不规则的短木棒状,与在电子显微镜下直接观测到的结果一致。研究表明,该技术可以在不破坏样品的前提下,实现对有机聚合物泡沫材料中掺杂金属颗粒空间分布情况的直接观测。     

掺杂丙烯酸酯泡沫的原位成型技术

在实验中，首先利用精密数控车床加工铜芯轴，在铜芯轴表面电镀再覆盖金，硝酸腐蚀，最终得到φ400μm，长度700μm，壁厚20μm，两端开口的金柱腔。将洁净的金柱腔固定在靶杆上，然后将固定好的金柱腔浸没在掺杂丙烯酸酯单体溶液中，使溶液自动充满整个柱腔。溶液以掺杂丙烯酸酯单体（五氯苯酚丙烯酸酯（AE1）、五氯苯酚2-甲基丙烯酸酯（AE2）、五氯苯酚丁烯酸酯（AE3）），三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA）或者季戊四醇四丙烯酸酯（PETA）单体，聚氧乙烯十二烷基醚（Brij30）或者正癸醇（DEC）为溶剂，安息香甲基醚作为光引发剂（添加量为单体质量的1％），通过针管向石英管中通氮气5min达到除氧目的，距离石英管1cm远处，使用紫外光灯照射金柱腔中的单体溶液约3min，光强6．30W／cm^2，单体溶液经过紫外辐照后在金柱腔中生成聚合物凝胶。聚合物凝胶在甲醇中浸泡24h，然后使用二氧化碳超临界干燥（控制温度34℃，压力8．0-9．0MPa，保持4h）除去甲醇，最终在金柱腔中得到聚合物泡沫，各阶段照片如图1所示。     

掺杂材料对激光等离子体受激布里渊散射的影响

研究了激光等离子体背向受激布里渊散射光谱及反射率。当小能量短脉冲激光入射平面靶时，激光等离子体发展不充分，受激布里渊散射光谱结构相似，受激布里渊散射的增长主要受等离于体尺度的影响，随靶材料的有效原子序数的增加，等离子体尺度变小，受激布里渊散射反射率减少。     

有机-无机杂化低密度多孔材料的研制

主要开展了高内相乳液法（HIPE）制备有机／无机杂化低密度多孔材料。制备了不同SiO2含量的丙烯酸酯／SiO2杂化多孔材料，研究不同无机含量对杂化材料体积收缩的影响，结果列于表1。     

采用高分辨电镜分析Cu掺杂聚-4-甲基-1-戊烯泡沫材料采用高分辨电镜分析Cu掺杂聚-4-甲基-1-戊烯泡沫材料

利用物理掺杂的方法,制备了铜掺杂聚-4-甲基-1-戊烯(PMP)低密度泡沫材料,采用高分辨扫描电子显微镜和透射电子显微镜,分析了泡沫材料的微观结构、成分及微区成分分布。结果表明：与PMP泡沫相比,铜掺杂PMP泡沫的孔洞直径和网络骨架尺寸变大;铜颗粒镶嵌在PMP泡沫的有机骨架上且有团聚现象;泡沫材料中除碳、铜外,还残留有杂质元素氧;铜颗粒被PMP泡沫包裹,与碳网络骨架之间接触紧密。     

Tm^3＋掺杂的PWG玻璃材料上转换发光的研究

对ＧｅＯ２－ＰｂＦ２－ＷＯ３－Ｔｍ２Ｏ３不同配比的情况下玻璃样品的制备进行了研究,测量了不同组份样品ＰＷＧ玻璃系统的Ｒａｍａｎ光谱,确定了Ｔｍ＾３＋在这个玻璃系统中蓝色上转换发光的有效泵浦波长为６５０ｎｍ,观察了在６５０ｎｍ激发下不同组份样吕的室温上转换发光。     

970nmLD激发Tm^3＋,Yb^3＋掺杂的MFT玻璃材料上转换发光的研究

设计并制备了一种Ｔｍ＾３＋、Ｙｂ＾３＋共掺杂的多氟化物调整碲酸盐（ＭＦＴ）玻璃材料,其组份为５０ＴｅＯ２－１４．ＰｂＦ２－１０ＡｌＦ３－１０ＢａＦ２－１０ＮａＦ－０．１Ｔｍ２Ｏ３－５Ｙｂ２Ｏ３。测量了该玻璃系统的Ｒａｍａｎ散射光谱,在９７０ｎｍＬＤ激发下裸眼可以观察到很强的蓝色我,光谱测量证实这个蓝色发射（４７６ｎｍ）来源于＾１Ｇ４→＾３Ｈ６的跃迁,同时,还有两个较弱的红色发射源于＾１Ｇ４→＾３Ｈ     

激光吸收铒掺杂上转换材料的光谱特性实验分析

采用湿化学法制备了铒掺杂氧化钇上转换纳米粉体材料.研究了不同掺杂浓度、掺杂元素种类对材料显微结构、物相组成和光谱特性的影响.结果表明,通过控制掺杂元素的种类、掺杂浓度可以实现对光谱性能（包括光谱反射系数和上转换光谱）的调控.实验表明,该材料对106 μm激光具有较好的吸收性能. 关键词： 铒掺杂氧化钇纳米粉体 上转换材料 激光与红外复合隐身 光谱反射系数