低密度碳气凝胶制备及其热学、力学性能研究

ICF及X光激光实验将结构和密度可调的碳气凝胶作为一种常用靶材料,其力学、热学性能和结构直接影响其应用。本文以间苯二酚（R）和甲醛（F）作为反应前驱体,通过调节反应参数和控制制备条件合成了低密度（<50mg/cm³）碳气凝胶,最低密度为36mg/cm³。利用场发射扫描电镜（FESEM）、X射线衍射仪、孔径分布及比表面积测试仪和同步热分析仪等对低密度碳气凝胶的结构进行研究;采用动态力学分析仪、电子拉伸试验机和热传导分析仪对其性能进行表征。研究表明,该低密度碳气凝胶具有明显珍珠项链状纳米网络,颗粒大小均匀,粒径约为70nm,比表面积达1217m²/g;在-120～200℃温区内,具有稳定的力学性能,杨氏模量仅为0.375MPa,是一种理想的弹性材料。常规密度碳气凝胶材料为几十MPa。在室温空气气氛下,其热导率低至0.05W/(m•K),相对于常规碳气凝胶有较大改善。     

异氰酸酯增强二氧化硅气凝胶的力学性能

采用有机无机复合的方式,制得异氰酸酯增强的SiO2气凝胶。将硅酸甲酯(TMOS)、甲基三甲氧基硅烷(MTMS)、3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)配成混合硅源,经水解缩聚后形成凝胶,老化后浸泡在含六亚甲基二异氰酸酯单体(HDI)的乙腈溶液中,最后经CO₂超临界干燥,获得了具有良好机械性能的SiO₂气凝胶。制备过程中引入的MTMS增加了凝胶与有机物间的浸润性,与使用有机物低聚体相比,使用单体可使有机物更易进入凝胶网络,反应更充分,形成纳米尺度更均匀的复合气凝胶。复合后的气凝胶密度为330 mg/cm³、比表面积为446.3 m²/g、热导率为0.068 W•m^-1•K^-1,该气凝胶良好的力学性能(压缩强度为19.96 MPa、压缩模量为82.37 MPa)使气凝胶的机械加工成为可能。     

激光烧蚀R-T不稳定性研究中的双模式CH平面调制靶制备

为研究同一次激光驱动下初始扰动幅值不同时瑞利-泰勒（Rayleigh-Taylor,R-T）不稳定性非线性演化的差别,采用单点金刚石车削技术,以太空铝合金为材料加工了两侧具有不同扰动幅度的模板。然后利用旋转涂覆工艺将模板表面的扰动图形转移至CH薄膜表面,制得了双模式CH平面调制靶。通过QC-5000型光学显微镜、alpha-step 500型台阶仪、NT1100型白光干涉仪等对铝合金模板及CH平面调制靶的周期、振幅等参数进行测量。结果表明：模板和CH平面调制靶的两侧均具有不同的扰动图形;两侧扰动的波长相同,均为54 μm左右,但振幅不同,分别为4.8 μm和1.9 μm;两侧扰动的平衡位置在同一水平面,调制图形的各项参数与设计值基本一致,模板表面的扰动图形成功地转移到了CH薄膜表面,获得了满足R-T不稳定性实验需求的双模CH平面调制靶。     

高比表面积Ag掺杂SiO2气凝胶的制备及表征

以正硅酸乙酯（TEOS）为前驱体,硝酸银为掺杂剂,采用酸碱两步催化sol—gel方法,获得掺杂纳米Ag微晶的SiO2气凝胶,其中银的掺入量在1％-30％wt范围内可控。用红外光谱（IR）、透射电子显微镜（TEM）、X射线荧光（XRF）、X射线衍射（XRD）和比表面积仪（BET）技术分析了气凝胶的结构组成和掺杂物质的存在形式。测量显示,Ag—SiO2气凝胶平均孔径在15nm左右,比表面积在500m^2／g以上;掺杂物以单质银微晶形式存在,微晶大小在50nm左右。     

高效X光背光源靶材料的研究进展

靶材料的成分、微结构和密度是决定激光驱动X光背光源光子能量和强度的关键参数。基于此,介绍了背光源靶的分类、靶材料的制备及其与强激光的作用机制。背光源靶有着由稠密靶向欠稠密靶发展的趋势,其中,泡沫疏松靶以其操作安全和可选成分广泛等优点成为高效欠稠密靶。泡沫疏松靶材料又包含纳米纤维和气凝胶：纳米纤维是由静电纺丝结合热处理工艺制备的,具有成型性好、发光原子含量高等特点;而气凝胶靶则通过溶胶-凝胶技术结合超临界流体干燥工艺制备,其微结构均匀、理论转换效率高,但目前合成条件复杂、发光原子含量较低。结合多种溶胶-凝胶技术合成密度低、发光原子含量高的块体气凝胶将成为背光源制靶重要的研究方向。     

用于冲击波延时的密度梯度气凝胶飞片靶的制备及表征

本文介绍了一种用于激光状态方程实验冲击波延时的密度梯度气凝胶飞片靶的制备及表征方法。以间苯二酚和甲醛为原料,去离子水为溶剂,碳酸钠为催化剂,在溶胶-凝胶工艺的基础上采用逐层凝胶和微模具成型工艺,经过脱模、乙醇替换和真空干燥,制备了4层密度梯度渐变间苯二酚-甲醛（RF）有机气凝胶飞片靶,并使用傅里叶红外光谱仪、扫描电子显微镜、X射线相衬成像仪和比表面积及孔隙分析仪对飞片靶的成分、形貌、密度、层间界面耦合情况及微观结构进行表征。实现了总体厚度约120μm、单层厚度一致、各层均匀性良好且密度变化范围约400～1200mg/cm³的4层密度梯度RF气凝胶飞片靶的制备和表征。     

无机分散溶胶-凝胶法制备块状锂基气凝胶

以无机锂盐(LiCl)的醇溶液为前驱体,聚丙烯酸(PAA)既作为分散剂又为凝胶引导剂,环氧丙烷为凝胶促进剂,采用溶胶-凝胶工艺制备了块状锂基醇凝胶,经CO2超临界流体干燥工艺,得到白色锂基气凝胶块体样品,其密度约为150 g/m3.用透射电镜(TEM)对气凝胶的微观结构进行分析表明,气凝胶样品由线性骨架构成网络结构.结合红外光谱分析及XPS测试结果分析可知,样品中主要含有锂、碳元素.由BET测试结果可知,样品比表面积达18.9 m2/g.     

TMOS硅源一步法制备SiO2气凝胶微结构与光散射率的关系研究

采用溶胶凝胶法,以正硅酸甲脂(tetramethyl orthosilicate,TMOS)为硅源、甲醇为溶剂,利用碱催化“一步法”,结合乙醇超临界干燥制备了密度分别是95、110、135和165mg/cm₃的SiO₂气凝胶。运用小角X射线散射(small-angle X-ray scattering,SAXS)分析SiO₂气凝胶的微结构,并测量各密度样品635nm波长的90°方向光散射率,针对不同密度样品分别研究了光散射率与微结构的关系。研究表明：随着初始溶剂用量的增加,密度(r)、质量分形维数(Dm)随之减少,而初级粒子(a)与次级粒子(d)尺寸在增大,这可能是在初始溶剂用量增加情况下,因为原料TMOS初始浓度降低,导致相分离方式由成核主导向生长主导转变;此外分别从初级粒子、次级粒子的角度考虑,对散射率进行分析得出635nm光与气凝胶的相互作用主要是与次级粒子结构的不相干Rayleigh散射,且光散射的数值与二级结构内的体分形维数、初级粒子尺寸,次级粒子尺寸均有关。     

聚苯乙烯/Al双介质调制靶的研制

介绍了用于流体力学不稳定性实验的聚苯乙烯（CH）/Al双介质调制靶的制备方法。采用激光微加工工艺在50 μm厚Al箔表面制备了调制周期为55 μm、峰谷差为4.7 μm的调制图形;采用旋涂工艺在Al箔表面制备了20 μm厚CH薄膜,经过后期的微切割、微装配工艺,得到了宽度为200 μm、总厚度为70 μm的CH/Al双介质调制靶。该靶型于2010年在“神光-Ⅱ”激光装置中进行了流体力学不稳定性实验。     

块状纯氧化铜气凝胶的制备研究

以无机铜盐CuCl2的醇溶液为前驱体，采用聚丙烯酸（PAA）为分散剂，环氧丙烷为凝胶促进剂，通过溶胶-凝胶工艺（sol-gel process）制备了铜基醇凝胶，再经CO2超临界流体干燥工艺得到浅绿色块状初始铜基气凝胶，最后经过热处理获得黑色块状纯氧化铜气凝胶样品，其平均密度约为300mg／cm^3。用扫描电子显微镜（SEM）对气凝胶的微结构进行分析可知，最终获得的气凝胶样品主要由百纳米级的矩体颗粒堆砌而成。X射线衍射（XRD）分析表明初始样品具有典型的无定形结构，其主要的结晶成份为斜方晶Cu^2＋ 2 Cl（OH）3，而X射线荧光光谱（XRF）测试结果表明其Cu与Cl的元素比为3．55：1，高于Cu^2 ＋2 Cl（OH）3中两元素的化学计量比，结合化学原理分析可知，其未结晶成分主要为水合氢氧化铜。而XRD的测试结果表明，经过500℃热处理后的样品成分主要为单斜晶氧化铜。