收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

纳米金属Al复合含能材料激光光热过程研究

彭亚晶  
【摘要】: 纳米金属复合含能材料作为一种新兴的能量体系具有高度可调的能量释放率等优点。目前的应用和研究表明:需要对纳米含能材料的反应动力学过程尽可能详细地了解以提高其综合性能。激光诱导纳米含能材料反应过程(如点火或烧蚀)的机理存在着两种基本的解释:一个是热点火;另一个是冲击压力点火,即激光感生冲击压力引发化学反应从而实现点火。这两种机制哪一个占主要地位,分别在什么情况下适用尚不清楚。针对这一背景问题,本文选取纳米金属铝复合硝化纤维含能材料(Al/NC)为研究对象,采用实验测量和数值模拟的方法研究Al-Al_2O_3纳米粒子的光吸收性质以及脉冲激光引发纳米含能材料的点火初期热反应动力学机制。 对镶嵌在硝化纤维中的Al-Al_2O_3核壳纳米粒子的近红外和可见吸收光谱的实验测量和数值模拟表明:金属的带间跃迁起始频率是和尺寸相关的,这种尺寸相关性是由纳米粒子的小尺寸效应和表面效应导致电子结构的改变引起的,并且是吸收峰红移的主要原因。 为了进一步探求带间跃迁起始频率与纳米粒子尺寸之间的关系,对其它几种尺寸的Al-Al_2O_3核壳纳米粒子的吸收光谱进行了测量和模拟。研究发现带间跃迁起始频率随纳米金属直径(25-100nm)的减小近似线性的减小。这种变化关系与最近文献报道的纳米粒子内压力随粒子直径的变化关系相接近。带间跃迁起始频率与尺寸关系的确立使金属介电函数的尺寸效应不再仅仅表现在自由电子阻尼系数上,电子的带间跃迁尺寸效应也可以被引入到金属的介电函数中,从而更有效的描述纳米粒子的光学性质。 引入带间跃迁的尺寸关系研究了Al-Al_2O_3纳米粒子的核壳尺寸(包括氧化)、粒子的形状以及点火光波长对其光吸收性能的影响。一个反直觉的现象被发现:纳米金属粒子的氧化可以增强光吸收,但是这种增强性要依赖于点火光波长和初始时刻纳米粒子的核壳尺寸。在同体积条件下,椭球形纳米粒子因其表体比较大而具有比球形纳米粒子更强的光吸收性能,这表明用椭球形纳米粒子作为含能材料的添加剂可以减小点火时间;这些结果在纳米含能材料的激光点火和材料制备等应用方面具有重要的指导意义。 给出镶嵌在介质中的纳米金属粒子吸收脉冲激光的瞬时功率密度的解析表达式,进而分别利用双温模型和Fourier定律计算短脉冲(1ps、10ps、100ps)和长脉冲(10ns、25ns)激光加热Al/NC薄膜的温度场分布。结果表明:当脉冲宽度大于或等于100ps时,Fourier热传输模型可以用来计算温度场分布;此时,需要考虑纳米金属Al粒子与周围NC介质之间的热量交换。当脉冲宽度小于100ps时,需要用双温模型求解温度场分布。 以热分解机制为基础发展了热点模型数值模拟了100ps、10ns、25ns脉冲激光激发Al/NC纳米含能材料的热反应动力学过程。热点模型涉及纳米金属Al吸收脉冲激光能量,热量传播引发放热的化学反应以及其释放的能量反馈给热点。计算中,考虑了脉冲激光作用期间纳米Al粒子和周围NC介质之间的热交换和化学反应,金属Al核的消耗以及反应后原物质的改变。体系中发生化学反应的位置是时间、空间和温度的函数。Matlab有限差分数值方法用来求解体系的温度场分布。反应过程中体系内部的热量和化学反应的进展由不同时刻的三维空间温度形貌图展示出来。计算的化学反应直径与实验结果相比较,表明了热分解机制主导着纳秒脉冲激光引发的反应过程,验证了实验上发展的Al/NC烧蚀阈值标准的正确性。然而对于100ps脉冲激发的过程,热分解不再重要,定性分析表明了冲击压力引发了此过程的化学反应。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 刘筱薇,仵海东;纳米金属材料研究进展[J];热加工工艺;2001年03期
2 高陇桥,张巨先;陶瓷纳米金属化技术[J];真空电子技术;2004年04期
3 居荫诚;解世文;吕刚;郭勃海;管群生;;应用发光细菌检测纳米金属添加剂生物毒性的研究[J];润滑与密封;2006年03期
4 霍俊平;宋怀河;陈晓红;赵锁奇;徐春明;;碳包覆纳米金属颗粒的形成及应用[J];炭素技术;2006年03期
5 陈阳;;高压下生成的超硬纳米金属[J];国外机车车辆工艺;2007年02期
6 陈阳;;高压下生成的超硬纳米金属[J];国外机车车辆工艺;2007年05期
7 ;新型纳米金属可使水往高处流[J];发明与创新(综合版);2009年07期
8 ;一种负载型纳米金属催化剂的制备方法[J];化工科技市场;2010年10期
9 ;梯度纳米金属兼具高强度高塑性[J];现代科学仪器;2011年01期
10 邹航;徐光;补丛华;;纳米金属的组织和性能研究[J];热加工工艺;2011年24期
11 齐晓飞;张晓宏;严启龙;宋振伟;刘鹏;李吉祯;;纳米金属及其复合物在固体推进剂中的应用研究进展[J];化学推进剂与高分子材料;2012年01期
12 许东彬;;高能X射线对树脂纳米金属复合物体系稳定性的影响[J];广东化工;2013年18期
13 ;我国实现纳米金属新工艺突破[J];中国有色冶金;2014年01期
14 周宇松,吴希俊;纳米金属的力学性能[J];力学进展;2001年01期
15 刘霞;纳米金属与合金材料的制备、特性与应用[J];广东有色金属学报;2004年01期
16 霍俊平,宋怀河,陈晓红;碳包覆纳米金属颗粒的合成研究进展[J];化学通报;2005年01期
17 龙斌;;日本开发出在真空中制造纳米金属丝的方法[J];功能材料信息;2010年01期
18 Scott;;金属所揭示纳米金属的本征拉伸塑性和变形机制[J];今日电子;2011年03期
19 汪宁;王永凤;邱华;张国海;;纳米金属吸收剂耐高温技术研究[J];表面技术;2011年06期
20 陈娜;;纳米金属玻璃:一种兼括纳米尺度特征和非晶结构的新型功能材料[J];现代物理知识;2012年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 瓦列里;杨晓英;郭小平;郝建堂;;纳米金属微粉的制备及应用[A];纳米材料和技术应用进展——全国第二届纳米材料和技术应用会议论文集(下卷)[C];2001年
2 吴玉程;王文芳;郑玉春;鄢波;杨晔;李广海;张立德;;二氧化硅介孔内组装纳米金属复合体系的结构变化研究[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
3 高陇桥;张巨先;;陶瓷纳米金属化技术[A];陶瓷—金属封接技术进步和应用研讨会论文集[C];2004年
4 徐绘;钭忠尚;黄倩;饶兴堂;崔元靖;钱国栋;;一种探测苯酚的发光纳米金属有机框架材料[A];第七届全国稀土发光材料学术研讨会会议论文摘要集[C];2011年
5 姚素薇;;电化学组装纳米金属线(点)阵列[A];2003中国电子制造技术论坛暨展会暨第七届SMT、SMD技术研讨会论文集[C];2003年
6 吴焱学;李雄耀;王世杰;李世杰;唐红;;俄歇电子能谱在月壤纳米金属铁原位分析中的应用前景[A];中国矿物岩石地球化学学会第14届学术年会论文摘要专辑[C];2013年
7 罗江山;;纳米金属功能材料研究进展[A];中国工程物理研究院科技年报(2009年版)[C];2010年
8 张洪武;李桂村;张志焜;崔作林;;纳米组装的环境友好纳米金属催化剂[A];纳米材料和技术应用进展——全国第二届纳米材料和技术应用会议论文集(下卷)[C];2001年
9 迟广俊;冯钊永;赵瑾;姚素薇;;电化学制备纳米金属多层膜与多层纳米线[A];天津市电镀工程学会第九届学术年会论文集[C];2002年
10 赵鹏;姚燕燕;田晓珍;许启明;A.Gedanken;;微波加热制备尺寸各向异性纳米金属钌颗粒[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张锡凤;纳米金属铜与镍的形貌控制制备及其摩擦学性能研究[D];江苏大学;2008年
2 刘磊力;纳米金属和复合金属粉的制备及其催化性能的研究[D];南京理工大学;2004年
3 蒋渝;纳米金属粉体材料的氢等离子体制备机理及其润滑减摩特性研究[D];四川大学;2004年
4 赵军;碳包裹纳米金属及其合金粒子的制备和性能研究[D];南京理工大学;2007年
5 楚广;ICF用纳米金属铜、银和铝材料的制备、微结构表征和性能研究[D];中南大学;2007年
6 黄丹;纳米金属单晶力学行为和力学性能及其尺度效应的分子动力学研究[D];浙江大学;2005年
7 高烨;固体推进剂用无机纳米材料的合成及催化性能的研究[D];吉林大学;2011年
8 彭亚晶;纳米金属Al复合含能材料激光光热过程研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
9 郁军;沥青基碳及其复合材料制备与性能研究[D];太原理工大学;2010年
10 刘艳松;纳米金属结构与纳米氧化锌薄膜的荧光增强效应研究[D];中国科学技术大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 严冲;不同形貌纳米金属铜、镍的制备、分散及摩擦性能研究[D];江苏大学;2010年
2 陈开果;分子动力学模拟冲击波在纳米金属铜中的传播[D];中国工程物理研究院;2009年
3 史运泽;纳米金属制备及其性能研究[D];西北工业大学;2007年
4 沈志强;纳米金属多层膜的微结构热稳定性的模拟[D];上海交通大学;2009年
5 汪艳梅;核壳型磁性纳米金属铁的制备及表征[D];中南大学;2008年
6 刘晓畅;在离子液体环境下纳米金属催化剂的合成与应用[D];大连工业大学;2011年
7 蔡逸飞;微乳液法制备油溶性纳米金属铜及其在摩擦学中的应用[D];武汉工程大学;2006年
8 罗琨琳;NiFe_2O_4纳米金属陶瓷的制备研究与力学性能分析[D];贵州大学;2008年
9 马辰;瞬间热解法制备碳包覆纳米金属颗粒的研究[D];北京化工大学;2009年
10 田雪飞;纳米金属组装体的电化学研究[D];吉林大学;2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 周洋;大庆首个纳米金属项目主体封顶[N];大庆日报;2012年
2 记者 高博;我实现纳米金属新工艺突破[N];科技日报;2013年
3 记者 刘凌 通讯员 刘祥;“湖南造”纳米金属 粉末设备远销国外[N];湖南日报;2010年
4 ;日本纳米金属研究开发正式启动[N];中国冶金报;2002年
5 迪文;韩国研制出2纳米金属线[N];中国计算机报;2005年
6 吴宏富;密友集团建成省级高性能纳米金属粉体工程技术研究中心[N];中国包装报;2010年
7 常丽君;纳米金属膜小孔具有“封孔透光效应”[N];科技日报;2011年
8 吴宏富;江苏成立高性能纳米金属粉体工程技术研究中心[N];中国工业报;2010年
9 吴宏富;密友高性能纳米金属粉体工程技术研究中心挂牌[N];中国冶金报;2010年
10 张亮;纳米金属让炸弹更小更强[N];科技日报;2005年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978