激光輻照石墨懸浮液的溫度壓力計算.pdf

1、前期工作，本課題組用較低功率密度毫秒脈沖激光(106W·cm-2)輻照石墨懸浮液獲得了5nm左右的金剛石顆粒，產(chǎn)率比以往高功率密度納秒脈沖激光(109W·cm-2)照射石墨靶獲得納米金剛石的方法有了較大的提高。所以研究激光照射石墨懸浮液工藝中石墨轉(zhuǎn)變成金剛石的機制，促使獲得更高的超細(xì)納米金剛石的產(chǎn)率具有重要的實際意義。溫度和壓力是石墨轉(zhuǎn)變成金剛石的兩個必要條件，但是在激光照射石墨顆粒的極端條件下，用現(xiàn)有的分析手段很難具體了解溫度和壓力的

2、變化過程。目前，研究者更多的是采用數(shù)值模擬的方法來研究激光與材料相互作用的物理現(xiàn)象。本文通過借鑒現(xiàn)有的物理模型，結(jié)合本課題組的實驗條件，建立了激光照射水中細(xì)小石墨片的數(shù)值模型，通過MATLAB進行計算，研究了激光照射石墨懸浮液中溫度和壓力產(chǎn)生的變化過程，對開發(fā)這種新工藝，提高金剛石的產(chǎn)率具有重要的理論參考價值。 借助MATLAB軟件強大的計算功能以及結(jié)果的可視化，我們得到了如下結(jié)果：用較低功率密度毫秒脈沖激光(106 W·cm-

3、2)輻照石墨懸浮液，在300ns時石墨片上表面溫度即達到4800K的高溫，在后續(xù)加熱過程中繼續(xù)升溫并最終形成高溫高壓高密度的等離子體，為金剛石的形成提供必要條件；石墨片厚度的增加，使其達到相同的溫度需要更長的激光作用時間，從而不利于等離子體的形成；激光功率密度的提高，石墨片的升溫速率急劇加快，石墨片溫度升高至平衡溫度所需時間急劇縮短，形成更高溫度和壓力的等離子體；水介質(zhì)的存在可以顯著提高碳液滴的冷卻速率，冷卻速率由空氣中的約1.2K/n