激光状态方程测量用钼台阶靶的研制.doc

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1、纳米Cu掺杂PMP泡沫的结构与性能杜凯张林罗炫尹强(中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳,621900)低密度、微孔聚合物泡沫是惯性约束聚变(ICF)物理实验重要的靶材料之一,在激光和离子束物理实验,激光与物质相互作用研究,材料状态方程研究等领域均有重要的应用[1~5]。为了提高泡沫的机械强度或满足物理诊断实验实验需求,有时需要在聚合物泡沫中掺入少量的高原子序数元素。本文以纳米Cu粉为掺杂材料,聚-4-甲基-1-戊烯(PMP)为泡沫骨架材料,通过热诱导相分离技术制备纳米金属掺杂低密度聚合物泡沫。利用高温超声波分散技术实现了金属粉末在聚合物泡沫骨架材料中的均匀分散,获得

2、了均匀掺杂的聚合物泡沫材料。采用扫描电子显微镜,万能材料实验机等对泡沫的结构与机械性能进行了表征。讨论了纳米Cu粉对泡沫结构与性能的影响。PMP,均四甲苯和萘(质量比60/40)在烧瓶中混合后升温至160℃,搅拌形成均匀溶液,加入适量的纳米Cu粉继续搅拌。待纳米Cu粉分散均匀后将烧瓶转移至恒温80℃以上的超声波浴中,超声分散1h~2h。再转移至油浴中加热至160℃以上,将混合液迅速转移至模具中,控制一定速率降温,待溶剂固化后加工成所需的形状和大小,最后采用真空(<-0.08MPa,35oC)脱出溶剂即得到所需泡沫样品。根据掺杂泡沫的垂直密度分布可知:未使用超声波分散时,掺杂泡

3、沫密度的轴向分布较均匀,从上到下有所增加。因为纳米金属粉末具有很高的表面能,在通常情况下容易发生团聚,形成微米量级的颗粒,从而在溶液的凝胶化过程中发生一定程度的沉降。通过超声波分散将微米量级的金属颗粒重新分散为纳米粉末,在溶液凝胶化之前发生的沉降可以忽略,因此获得密度垂直分布较均匀的掺杂聚合物泡沫。PMP泡沫通过热诱导相分离技术制备,该技术包括聚合物溶液形成凝胶和聚合物结晶化两个过程。它是通过一种缓慢的、受控制的方式冷却聚合物溶液来制备泡沫。控制冷却的目的是保证凝胶阶段在临界混溶温度附近形成。在凝胶形成后结晶化可能发生,也可能不发生,主要取决于聚合物/溶剂体系的性质和组成,但

4、为了获得稳定的泡沫结构结晶化十分重要。在聚合物结晶过程中,掺入泡沫制备体系的纳米Cu粉可以作为“晶核”。按照Gibbs相变理论,聚合物通过“形核—长大”的方式生成晶体。加入的Cu粉颗粒越多,“晶核”的数量越多,晶体长大的程度越低。另外在同样理论密度下,泡沫的掺杂元素含量越高,泡沫骨架材料的含量越少。因此,在同样理论密度下,随着Cu原子百分含量的升高,掺杂泡沫的骨架尺寸减小,泡沫结构由“片状”向“网络状”转变。泡沫材料的机械性能与密度的关系可以表示为下式:(1)式中,Pf与Ps分别是泡沫材料与块状材料的某一物理性质,rf与rs分别是泡沫材料与块状材料的密度,n是定标指数(对于模

5、量,通常n=2)。图1给出了不同密度的掺杂泡沫的压缩应力-应变曲线(Cu原子百分含量2.2%)。图2是掺杂泡沫相对密度与相对模量的关系(虚线表示C=1,n=2时式1描述的相对密度与相对模量的关系)。从图中可以看出:掺杂泡沫的定标指数大于2,而且模量高于理论计算值。原因在于纳米Cu粉在掺杂泡沫中可以作为聚合物骨架结构的增强剂,另外,纳米Cu粉作为聚合物结晶的晶核提高了聚合物骨架结构相互连接的程度。图1不同密度的掺杂泡沫的压缩应力-应变曲线图2掺杂泡沫相对密度与相对模量的关系参考文献1.AinslieT.Young.Microcellularfoamsviaphasesepara

6、tion.J.Vac.Sci.Technol.,1986,A4(3):11282.N.G.Borisenko,A.I.Gromov,W.Nazarov.Regularfoams,loadedfoamsandcapsulesuspensioninthefoamforhohlraumsinICF.FusionTechnology,2000,38:1153.J.H.Aubert,R.L.Clough.Low-density,microcellularpolystyrenefoams.Polymer,1985,26:2047StructureAndPropertiesofPMPFoa

7、msDopedwithCuNanopowdersK.DuL.ZhangX.LuoQ.Yin(ResearchCenterofLaserFusion,ChinaAcademyofEngineeringPhysics,Mianyang,621900)Poly-4-methyl-1-pentene(PMP)foamsdopedwithCunanopowdershavebeenpreparedbythermallyinducedphaseseparation.Ultrasonicdispersalwasexpl

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