扫描式氩离子枪的电子光学系统研究

扫描式离子枪是样品表面清洁、表面刻蚀和深度分析的常用部件,加速电压在500V到3kV之间可调,具有效率高、性能可靠等优点。电子光学系统是离子枪的重要组成部分,是决定离子束流品质的重要因素。本文利用计算机模拟软件CST对离子枪整体结构进行建模,研究了离子枪聚焦系统不同结构和电压参数对离子束电流密度和束斑尺寸的影响,同时得到了离子枪偏转系统在不同电压分布下的离子分布情况,通过仿真分析确定了电子光学系统的设计方案,并进行了实验验证。结果表明：工作距离为25mm、氩气工作气压为6×10^-3Pa、加速电压为3kV时,氩离子束的束流大小为3μA;束斑大小在7mm到12mm之间可调;当偏转电压为300V时,偏转角度为4.6°。实验与仿真结果基本对应,同时该离子枪的性能指标可获得表面原子精度构造。     

基于聚多巴胺的仿生界面设计在含能材料中的应用研究进展

界面结构对含能材料的力学性能、安全性能、热稳定性均具有重要的影响。聚多巴胺(PDA)是一种能使绝大多数基体功能化的表面化学材料,具有制备简单易控,反应温和,操作安全,可再进一步功能化等优点。近年来,仿生PDA包覆广泛应用于含能材料领域并取得良好进展。本文就PDA基仿生可控界面对含能材料结构和性能影响进行了综述。从PDA粘结机理出发,介绍了PDA对含能材料和功能填料进行表面功能化的方法,重点阐述了PDA表面改性对炸药的安全性能、热稳定性、力学性能和导热性能的影响规律。总结了PDA在含能材料结构设计和性能调控中的独特优势,指明目前存在的问题,建议进一步探明PDA与含能材料、粘结剂间作用机理,设计规整可控的界面结构,引入功能性高分子,并拓展含能材料用表面功能化材料种类。     

苯乙烯共聚物改性TATB基PBX的抗热冲击性能

为改善TATB基高聚物粘结炸药(PBX)的抗热冲击性能,采用苯乙烯共聚物对TATB基PBX进行改性。分析了TATB基PBX及其苯乙烯共聚物改性配方的拉伸力学性能及热物理性能,并对改性前后配方的抗热冲击性能进行了比较。采用Agari串联模型对TATB基PBX及其苯乙烯共聚物改性配方的导热行为进行了模拟。结果表明,加入高玻璃化转变温度和高力学强度的苯乙烯共聚物可以明显提高TATB基PBX的拉伸强度和弹性模量,同时降低线膨胀系数和导热系数。理论预测模型和试验数据吻合良好。添加质量分数为1%的苯乙烯共聚物后,常温下TATB基PBX的抗热应力因子由10.72 W·m~(-1)提高到13.16 W·m~(-1)。随着温度升高,TATB基PBX的抗热冲击性能逐渐下降。在玻璃化温度范围转变范围(323~343 K),TATB基PBX的抗热应力因子显著降低。加入苯乙烯共聚物可以抑制323~343 K温度范围内TATB基PBX的抗热应力因子的下降程度。     

F2311含量对TATB基PBX蠕变性能的影响

以TATB基高聚物粘结炸药(PBX)为原配方,制备了含氟弹性体(F2311)含量分别为0.05%、0.1%、0.2%、0.4%的4种改性配方,采用动态力学分析仪研究了F2311对PBX的三点弯曲蠕变性能影响。结果发现,加入0.4%的F2311使TATB基PBX的抗蠕变性能下降,减少F2311含量有利于提高其抗蠕变性能。含0.05%F2311的改性配方PBX在60℃/6 MPa下的蠕变应变略低于原配方。研究同时采用六元件模型对TATB基PBX及其改性配方的蠕变行为进行模拟。得到了蠕变曲线的本构方程,理论预测模型和试验数据吻合良好。根据时温等效原理,获得了TATB基PBX及其改性配方在参考温度30℃下的蠕变柔量主曲线,结果表明含0.05%F2311的TATB基PBX改性配方的长期抗蠕变性能优于原配方PBX。     

超大型浮式平台风载荷计算

针对超大型浮式平台上层建筑台风状态下风载荷,分别采用中国船级社（CCS）、挪威船级社（DNV）规范和实尺度计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）计算等3种方法进行计算,并对计算结果进行对比分析。CFD方法与DNV规范方法计算结果较为一致,当风向角为135°和225°时最大误差为 10.19%,在其他风向角时误差小于8%。构建平台空间位置风载荷影响分析方法,可通过云图形象直观地看出不同风向角下平台横向和纵向空间位置对风载荷的贡献量及模块间遮蔽效应的影响程度。研究成果可为平台设计人员更合理地评估风载荷提供参考,为进一步优化平台上层建筑构型提供指导。     

小角散射技术在高聚物粘结炸药中的应用研究进展

小角散射(SAS)技术是表征高聚物粘结炸药(PBX)多尺度复杂微结构的重要技术手段。对SAS技术在PBX研究中的实验方法、数据分析模型和多种应用进行了综述。论述了适用于PBX的原位变温、拉伸和压缩加载实验方法,归纳了Guinier、界面、多分散粒子、硬球相互作用和分形等常用模型,概述了它们在PBX研究中的适用条件和范围,总结了近二十年来,国内外应用中子和X射线SAS技术在PBX力热损伤、粘结剂微结构、感度以及爆轰碳产物分析等方面的研究进展。最后,总结了SAS技术在PBX研究中的独特优势,建议加强超小角散射实验技术、PBX原位力?热耦合加载设备和数据分析软件的开发,以及PBX内部多相界面和多尺度孔洞的定量研究。     

高性能电子枪的物理设计

为测量电导率较低材料的二次电子发射系数,设计了一种能量在0～2ke V之间可调、束斑直径可调、可偏转、可脉冲的高性能电子枪。根据电子枪的性能指标对其电子发射、电子光学系统和电位关系进行物理设计,通过对控制极施加脉冲电压,实现电子束的脉冲发射。利用CST软件对电子枪建模并进行仿真分析,得到不同聚焦极电压对束斑尺寸的影响。仿真结果表明,在阴极电压为-1000V、控制极为-1005V、第一阳极为-880V时,随着聚焦电压由-400V增加到1000V,束斑直径由0.2mm增加到10mm,两者几乎成正比例关系。通过对比两种偏转组件,得出四极静电偏转器更适合在同一空间内使用,在工作距离为30mm、偏转电压为200V时,偏转灵敏度可达到34mm/k V,对应的偏转角为12.8°。     

含氟聚合物/多壁碳纳米管复合材料的导热性能

为提高含氟聚合物F2314的导热性能,采用多壁碳纳米管(MWCNTs)对F2314进行改性。用密炼混合法制备了F2314/MWCNTs复合材料。研究了MWCNTs含量、温度对F2314/MWCNTs复合材料的导热系数的影响。建立了F2314/MWCNTs复合材料的导热模型。结果表明,F2314/MWCNTs复合材料的导热系数随MWCNTs含量增加而增大。当MWCNTs质量分数为30%时,30℃下F2314/MWCNTs复合材料的导热系数高达0.647 W·m~(-1)·K~(-1),比纯F2314的导热系数提高3.43倍。F2314/MWCNTs复合材料的导热性能对温度的依赖性与F2314的相态转变密切相关。随着温度增加,F2314/MWCNTs复合材料的导热系数先增加,然后在玻璃化转变温度附近达到最大值,接着逐渐降低。有效介质方法修正公式的计算结果与实验吻合较好,表明该公式可以较好地模拟F2314/MWCNTs复合材料的导热性能。     

压制PBX中炸药晶体损伤的研究进展

综述了压制高聚物粘结炸药(PBX)中炸药晶体在机械载荷作用下晶体的微(细)观结构演化,演化过程中损伤的表征和损伤对PBX炸药宏观性能的影响,讨论了压制压力、压制温度、晶体品质和粘结体系对PBX压制过程中晶体损伤的影响,在此基础上讨论了损伤机制和多种构建PBX中晶体损伤的物理模型,认为通过改变压制方式、压制温度、晶体品质和粘结体系可减少晶体压制损伤的产生;利用流形元法、离散元法、图像处理技术等可实现对PBX炸药进行较真实的建模。      

DMA方法研究多壁碳纳米管/F2314复合材料的粘弹性能

用熔融共混法制备了多壁碳纳米管(MWCNTs)/氟聚物(F2314)复合材料。用动态机械热分析(DMA)法考察了MWCNTs含量对复合材料粘弹性能(动态力学行为和三点弯曲蠕变性能)的影响。结果表明,随着MWCNTs含量的增加,MWCNTs/F2314复合材料的储能模量增加,玻璃化转变温度和损耗因子峰值(tanδmax)减小。MWCNTs的存在使得MWCNTs/F2314复合材料的蠕变应变和稳态蠕变速率减小。80℃/0.1 MPa下,当MWCNTs含量从2%增加到20%时,MWCNTs/F2314复合材料的蠕变应变和稳态蠕变速率分别减小87.6%和84.7%。Burger四元件模型可以模拟MWCNTs/F2314复合材料的蠕变行为,并获得蠕变曲线的本构方程。