不同能量密度下脉冲激光烧蚀制备纳米Si晶粒成核生长动力学研究

在室温、10 Pa氩气环境下,采用脉冲激光烧蚀(PLA)技术,通过改变激光能量密度,在烧蚀点正下方、与烧蚀羽辉轴线平行放置的衬底上沉积制备了一系列纳米Si晶薄膜.采用SEM、Raman散射谱和XRD对纳米Si晶薄膜进行了表征.结果表明:沉积在衬底上的纳米Si晶粒分布在距靶一定的范围内,晶粒尺寸随与靶面距离的增加先增大后减小;随着激光能量密度的增加,晶粒在衬底上的沉积范围双向展宽,但沉积所得最大晶粒尺寸基本保持不变,只是沉积位置随激光能量密度的增加相应后移.结合流体力学模型、成核分区模型和热动力学方程,通过模拟激光烧蚀靶材的动力学过程,对纳米Si晶粒的成核生长动力学过程进行了研究.     

混合环境气体配比对纳米硅晶粒角度分布的影响

为了研究混合环境气体配比对脉冲激光烧蚀制备纳米硅(Si)晶粒角度分布的影响,采用XeCl准分子激光器,烧蚀高阻抗单晶Si靶,改变混合环境气体配比(He/Ar =41、1∶10、1∶1、1∶4、1∶2),在半圆环衬底上成功制备了一系列纳米Si晶薄膜.使用扫描电子显微镜(SEM)图像、X射线衍射谱(XRD)和拉曼光谱(Raman)对其进行表征分析.结果表明,在五种配比下,纳米Si晶粒的平均尺寸均随着偏离羽辉轴向夹角的增大而减小;各个角度处,纳米Si晶粒的平均尺寸均随着混合环境气体平均原子质量的增加而呈现先减小后增大的趋势.从传输动力学角度,对结果进行了定性分析.     

激光退火实现非晶Si晶化的成核势垒研究

采用脉冲激光烧蚀技术,在真空条件下沉积了一系列非晶Si薄膜,并对薄膜样品进行不同能量密度的激光退火处理.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、Raman散射仪(Raman)等手段对退火后的薄膜进行形貌、晶态成分表征,确定了非晶Si薄膜晶化的激光能量密度阈值(85 mJ/cm2).结合激光晶化机理进行定量计算.结果显示:形成一个18 nm的Si晶粒所需要的能量,即成核势垒大小约为1.4×10-9 mJ.     

透镜与样品之间距离对激光等离子体辐射特性的影响

采用高能量钕玻璃激光器产生的激光(～25J)在减压氩气环境下诱导钢和土壤样品等离子体,研究了激光束聚焦透镜(f=130 mm)与样品之间距离对等离子体辐射特性的影响。实验结果表明,当聚焦透镜的焦点围绕样品表面上下移动时,对于合金钢样品,激光束焦斑位于样品表面以下0.4 mm左右,则激光等离子体的辐射强度、激发温度和物质烧蚀质量均出现最大值;而对于土壤样品,当激光束聚焦位置在样品表面以下0.2 mm左右,等离子体辐射强度和物质烧蚀质量具有最大值。为了比较透镜与样品之间距离对等离子体形状的影响,也拍摄了氩气和空气环境下产生的激光等离子体象。所得结果证明,激光等离子体特性明显依赖于透镜与样品之间距离。     

ClCu(η^2-O~2)与ClCuNN分子的基质隔离红外光谱和 理论研究

激光烧蚀CuCl~2或CuCl靶的产物与O~1或N~2共同沉积在11K的Ar基质中,在1175.0cm^-^1(O~2/Ar)和2296.3cm^-^1(N~2/Al)处观察到了新的红外吸收。通过同位素取代实验以及量子化学计算,可将1175.0cm^-^1归属为ClCu(η^2-O~2)的O－O伸缩振动,而将2296.3cm^-^1归属为ClCuNn的N－N伸缩振动。ClCu(η^2-O~2)和ClCuNN这两种新型配合物的确证,为进一步研究含O~2,N~2的过渡金属配合物提供了一种模型分子。     

激光诱导击穿光谱测量偏差的物理影响因素研究

为了消除LIBS实际测量光谱谱线与标准的LIBS光谱谱线间存在的差值,提高元素测量精准度,提出了针对激光诱导击穿光谱测量偏差的物理影响因素研究。实验在相同条件下,对烧蚀孔效应和光谱波长的关系进行了测试,研究了激光诱导击穿光谱高温Mg等离子体在1.00～3.00 μs范围采样延时下的斯塔克(Stark)展宽数据,从而得出烧蚀孔效应和斯塔克延时展宽等物理因素对采集光谱造成的具体影响。研究结果及方法完全可以应用于其他激光诱导击穿光谱实验系统的误差分析,这对于提高LIBS技术的物质元素测量精准度,研究LIBS技术的最佳采样延时时间,具有重要意义。     

吸附于Cu/AC和Fe/AC催化-吸附剂上的苯酚的催化氧化

 利用TG/MS联用装置,采用程序升温氧化法研究了Cu/AC和Fe/AC催化-吸附剂低温干法催化氧化苯酚的活性及其自身的烧蚀行为. 结果表明,Cu/AC和Fe/AC都具有较好的催化苯酚氧化活性,其活性及烧蚀行为受金属和载体的性质以及金属与载体间协同作用的影响. 吸附-催化氧化循环实验表明,金属/AC催化-吸附剂的吸附容量随循环次数的增加而逐渐下降至一稳定值.     

飞船返回舱气动热及烧蚀防热的不确定性初步研究

由于飞船返回舱的气动加热和热化学烧蚀是非常复杂的变化过程,许多参数很难测定,并且与材料制造工艺水平密切相关,目前使用的数据存在较大散布,需要研究这些不确定因素对防热效果的具体影响。本文数值模拟了炭化材料的烧蚀热响应过程,研究了气动加热及材料参数的不确定性对计算结果的影响,在对计算结果进行分析的基础上,定量地研究了这些不确定量对烧蚀防热影响大小,说明了防热材料的各物理量对烧蚀防热影响重要程度完全不同,应该对几个关键参数进行深入细致的研究。     

激光推力器喷管热防护实验研究

基于激光推力器喷管热烧蚀因素分析，初步提出了反射式和吸收式两种喷管热防护方法，并相应设计了两种喷管。以10 kW级脉冲式CO2激光器为光源，三次反射激光推力器为对象，进行了两种方式下两种喷管的热防护初步实验研究。结果表明:两种喷管均发生不同程度烧蚀，与相对聚焦位置和激光作用时间有关；反射式热防护通过喷管光学表面对透射激光能量进行二次聚焦，以及良好的循环冷却，可能成为将来激光推力器喷管热防护的备选方案之一。     

“烧蚀模式”激光推进的实验研究

 采用单脉冲激光进行了大气环境下激光烧蚀小钢珠实验,得到其推进效应参数,发现并分析了钢珠在不同放置位置（焦前与焦后）时不同的物理现象;为了得到一系列定量实验数据,采用自行研制的激光冲量靶仪进行了单脉冲激光烧蚀推进效应实验测试,得到了不同环境条件、不同靶材料的激光推进效应参数,并与国外的实验数据以及数值计算结果进行了比较。实验表明,靶材料和激光功率密度是影响冲量耦合系数的主要因素,冲量耦合系数随环境气压的降低而升高。