金屬納米材料表面在線包覆的初步研究.pdf

1、在激光慣性約束聚變(ICF)靶材料的納米粉末摻雜過程中，納米粉末因暴露在大氣中而發(fā)生氧化或團(tuán)聚現(xiàn)象，導(dǎo)致氧的摻入或不均勻摻雜，影響摻雜效果。為克服上述問題，我們開展了在納米粉末的制備過程中在線包覆的研究。本文以實(shí)際需要為出發(fā)點(diǎn)，主要對自懸浮定向流方法制備金屬納米材料及其理論計(jì)算，空心陰極放電包覆納米粉末，磁控濺射、熱蒸發(fā)在線包覆納米顆粒，在NMP-I裝置上的在線包覆納米顆粒等方面進(jìn)行了研究。 自懸浮定向流方法制備金屬納米顆粒的原

2、理是金屬材料在高頻感應(yīng)加熱的情況下熔化成金屬液滴，同時(shí)在逆流感應(yīng)器產(chǎn)生的電磁場作用下，熔化的金屬液滴呈球狀懸浮于石英管中并繼續(xù)被加熱。當(dāng)金屬熔球被加熱到一定溫度時(shí)表面開始?xì)饣?，金屬蒸氣壓隨溫度的升高而升高，繼續(xù)受熱會(huì)有大量的金屬原子飛出熔球液面，受冷后就按照一定的方式凝聚成原子簇，在惰性氣流中形核并隨之長大，最終形成納米尺度的金屬顆粒。 該技術(shù)制備的納米顆粒的粒徑大小受到金屬熔球的溫度、供料速度、惰性氣體的流速和壓力等影響。為了

3、掌握自懸浮定向流方法中高頻線圈的設(shè)計(jì)思路，根據(jù)電磁學(xué)理論，對金屬熔球在電磁場中的受力情況進(jìn)行了分析計(jì)算，得出熔球應(yīng)該懸浮于兩個(gè)反接線圈之間，這一結(jié)果與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相一致。從計(jì)算的結(jié)果來看，安培力的大小與位置，電位的大小，金屬球的大小及線圈的間距密不可分，這些參量對結(jié)果影響很明顯。將自懸浮定向流方法制備的納米粉末在與空氣無接觸的情況下，直接進(jìn)入包覆室，再由空心陰極放電產(chǎn)生的等離子體在納米粉末的表面鍍上一層幾到十幾納米厚的CH薄膜，從而實(shí)現(xiàn)在線

4、包覆。為了掌握自懸浮定向流納米材料在線包覆的工藝參數(shù)，我們把在線包覆的一些關(guān)鍵問題進(jìn)行了了解。首先空心陰極放電等離子體法對自懸浮定向流制備的銅納米粉末進(jìn)行了靜態(tài)有機(jī)包覆實(shí)驗(yàn)。由實(shí)驗(yàn)獲知，CH包覆層的沉積速率約為23nm/min，在納米粉末的表面聚合成一層厚度大約為15nm的有機(jī)包覆層，這說明銅納米顆粒的表面與有機(jī)包覆層的相溶性較好。通過研究，我們認(rèn)識(shí)到納米粉末表面的有機(jī)包覆層厚度可以通過調(diào)節(jié)空心陰極裝置放電的參數(shù)來控制，如工作電壓、氣體

5、流量和工作時(shí)間等，這將為以后實(shí)現(xiàn)在線有機(jī)包覆納米粉末提供參考。 另外，我們還利用磁控濺射制備金屬納米材料的方法，開展了碳在線包覆了納米材料的研究工作。通過在真空室內(nèi)放置一塊單晶鹽，在單晶鹽的表面鍍一層碳薄膜，然后在碳的表面鍍一層名義上更薄的金屬，接著再在金屬的表面鍍一層碳薄膜。實(shí)驗(yàn)表明，磁控濺射制備的銅納米顆粒粒徑尺寸分布在10～100nm之間，平均粒徑為35nm；雖然顆粒的分散性不很理想，但是其包覆較好。隨后，根據(jù)同樣的想法，

6、我們也用真空熱蒸發(fā)制備金屬納米材料的方法，做了用有機(jī)物在線包覆的工作。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，利用真空熱蒸發(fā)在線包覆納米材料時(shí)，制備的銅納米顆粒分散性好，形狀為球形或橢圓形，其粒徑尺寸主要分布在5～90nm之間，平均粒徑為25nm?？梢哉J(rèn)為熱蒸發(fā)在線包覆金屬納米顆粒，是有機(jī)物分子通過結(jié)晶方式在納米顆粒的周圍形成有機(jī)物薄膜，這樣能防止納米顆粒的氧化。最后，在NMP-I裝置上設(shè)計(jì)了一個(gè)在線包覆室，利用兩層薄膜帶對納米粉末進(jìn)行了包覆。通過現(xiàn)在的結(jié)果來看，用