激光狀態(tài)方程測量用鉬臺階靶的研制

1、納米Cu摻雜PMP泡沫的結(jié)構(gòu)與性能杜凱張林羅炫尹強（中國工程物理研究院激光聚變研究中心，四川綿陽，621900）低密度、微孔聚合物泡沫是慣性約束聚變（ICF）物理實驗重要的靶材料之一，在激光和離子束物理實驗，激光與物質(zhì)相互作用研究，材料狀態(tài)方程研究等領(lǐng)域均有重要的應(yīng)用[1~5]。為了提高泡沫的機械強度或滿足物理診斷實驗實驗需求，有時需要在聚合物泡沫中摻入少量的高原子序數(shù)元素。本文以納米Cu粉為摻雜材料，聚－4－甲基－1－戊烯（PMP）為

2、泡沫骨架材料，通過熱誘導相分離技術(shù)制備納米金屬摻雜低密度聚合物泡沫。利用高溫超聲波分散技術(shù)實現(xiàn)了金屬粉末在聚合物泡沫骨架材料中的均勻分散，獲得了均勻摻雜的聚合物泡沫材料。采用掃描電子顯微鏡，萬能材料實驗機等對泡沫的結(jié)構(gòu)與機械性能進行了表征。討論了納米Cu粉對泡沫結(jié)構(gòu)與性能的影響。PMP，均四甲苯和萘（質(zhì)量比6040）在燒瓶中混合后升溫至160℃，攪拌形成均勻溶液，加入適量的納米Cu粉繼續(xù)攪拌。待納米Cu粉分散均勻后將燒瓶轉(zhuǎn)移至恒溫80℃

3、以上的超聲波浴中，超聲分散1h～2h。再轉(zhuǎn)移至油浴中加熱至160℃以上，將混合液迅速轉(zhuǎn)移至模具中，控制一定速率降溫，待溶劑固化后加工成所需的形狀和大小，最后采用真空(0.08MPa35oC)脫出溶劑即得到所需泡沫樣品。根據(jù)摻雜泡沫的垂直密度分布可知：未使用超聲波分散時，摻雜泡沫密度的軸向分布較均勻，從上到下有所增加。因為納米金屬粉末具有很高的表面能，在通常情況下容易發(fā)生團聚，形成微米量級的顆粒，從而在溶液的凝膠化過程中發(fā)生一定程度的沉降

4、。通過超聲波分散將微米量級的金屬顆粒重新分散為納米粉末，在溶液凝膠化之前發(fā)生的沉降可以忽略，因此獲得密度垂直分布較均勻的摻雜聚合物泡沫。PMP泡沫通過熱誘導相分離技術(shù)制備，該技術(shù)包括聚合物溶液形成凝膠和聚合物結(jié)晶化兩個過程。它是通過一種緩慢的、受控制的方式冷卻聚合物溶液來制備泡沫?？刂评鋮s的目的是保證凝膠階段在臨界混溶溫度附近形成。在凝膠形成后結(jié)晶化可能發(fā)生，也可能不發(fā)生，主要取決于聚合物溶劑體系的性質(zhì)和組成，但為了獲得穩(wěn)定的泡沫結(jié)構(gòu)結(jié)

5、晶化十分重要。在聚合物結(jié)晶過程中，摻入泡沫制備體系的納米Cu粉可以作為“晶核”。按照Gibbs相變理論，聚合物通過“形核—長大”的方式生成晶體。加入的Cu粉顆粒越多，“晶核”的數(shù)量越多，晶體長大的程度越低。另外在同樣理論密度下，泡沫的摻雜元素含量越高，泡沫骨架材料的含量越少。因此，在同樣理論密度下，隨著Cu原子百分含量的升高，摻雜泡沫的骨架尺寸減小，泡沫結(jié)構(gòu)由“片狀”向“網(wǎng)絡(luò)狀”轉(zhuǎn)變。泡沫材料的機械性能與密度的關(guān)系可以表示為下式：（1）

6、nsfsfCPP)(???式中，Pf與Ps分別是泡沫材料與塊狀材料的某一物理性質(zhì)，?f與?s分別是泡沫材料與塊狀材料的密度，n是定標指數(shù)（對于模量，通常n＝2）。圖1給出了不同密度的摻雜泡沫的壓縮應(yīng)力－應(yīng)變曲線（Cu原子百分含量2.2%）。圖2是摻雜泡沫相對密度與相對模量的關(guān)系（虛線表示C=1，n=2時式1描述的相對密度與相對模量的關(guān)系）。從圖中可以看出：摻雜泡沫的定標指數(shù)大于2，而且模量高于理論計算值。原因在于納米Cu粉在摻雜泡沫中可

7、以作為聚合物骨架結(jié)構(gòu)的增強劑，另外，納米Cu粉作為聚合物結(jié)晶的晶核提高了聚合物骨架結(jié)構(gòu)相互連接的程度。0123456780.000.020.040.060.080.10Density43.25mgcm351.52mgcm366.34mgcm389.64mgcm3StressMPaDisplacementmm4x1025x1026x1027x1028x1029x102101102101100101RelativemodulusRelati

8、vedensity圖1不同密度的摻雜泡沫的壓縮應(yīng)力－應(yīng)變曲線圖2摻雜泡沫相對密度與相對模量的關(guān)系參考文獻1.AinslieT.Young.Microcellularfoamsviaphaseseparation.J.Vac.Sci.Technol.1986A4(3):11282.N.G.BisenkoA.I.GromovW.Nazarov.Regularfoamsloadedfoamscapsulesuspensioninthefoam

9、fhohlraumsinICF.FusionTechnology200038:1153.J.H.AubertR.L.Clough.Lowdensitymicrocellularpolystyrenefoams.Polymer198526:2047StructurePropertiesofPMPFoamsDopedwithCuNanopowdersK.DuL.ZhangX.LuoQ.Yin(ResearchCenterofLaserFus

10、ionChinaAcademyofEngineeringPhysicsMianyang621900)Poly4methyl1pentene(PMP)foamsdopedwithCunanopowdershavebeenpreparedbythermallyinducedphaseseparation.UltrasonicdispersalwasexploitedtoincreasedispersionunifmityofCunanopo

11、wdersinthefoamskeleton.WithincreasingtheconcentrationofCunanopowdersthestructureofthedopedPMPfoamsbecomesfinerthesizeofcellssmaller.Themodulusdataofthedopedfoamsdescribedbyascalingconstantlargerthan2significantlyoveresti