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)生氧化或團聚現(xiàn)象，導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。本文以實際需要為出發(fā)點，主要對自懸浮定向流方法制備金屬納米材料及其理論計算，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加熱的情況下熔化成金屬液滴，同時在逆流感應器產生的電磁場作用下，熔化的金屬液滴呈球狀懸浮于石英管中并繼續(xù)被加熱。當金屬熔球被加熱到一定溫度時表面開始氣化，金屬蒸氣壓隨溫度的升高而升高，繼續(xù)受熱會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計思路，根據(jù)電磁學理論，對金屬熔球在電磁場中的受力情況進行了分析計算，得出熔球應該懸浮于兩個反接線圈之間，這一結果與實驗現(xiàn)象相一致。從計算的結果來看，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，直接進入包覆室，再由空心陰極放電產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鍵問題進行了了解。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行了靜態(tài)有機包覆實驗。由實驗獲知，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的有機包覆層，這說明銅納米顆粒的表面與有機包覆層的相溶性較好。通過研究，我們認識到納米粉末表面的有機包覆層厚度可以通過調節(jié)空心陰極裝置放電的參數(shù)來控制，如工作電壓、氣體

5、流量和工作時間等，這將為以后實現(xiàn)在線有機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。實驗表明，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，做了用有機物在線包覆的工作。結果發(fā)現(xiàn)，利用真空熱蒸發(fā)在線包覆納米材料時，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。可以認為熱蒸發(fā)在線包覆金屬納米顆粒，是有機物分子通過結晶方式在納米顆粒的周圍形成有機物薄膜，這樣能防止納米顆粒的氧化。最后，在NMP-I裝置上設計了一個在線包覆室，利用兩層薄膜帶對納米粉末進行了包覆。通過現(xiàn)在的結果來看，用