熔石英是光學(xué)器件中大量使用的材料之一。光學(xué)器件作為終端光學(xué)組件中重要的組成部分,其表面潔凈程度對(duì)激光的通光率和裝置的壽命有著重要影響。但隨著激光瞬態(tài)功率的進(jìn)一步增加,潔凈程度涉及的問題愈發(fā)突出:器件表面納結(jié)構(gòu)和污染物會(huì)降低激光通光效率,并且污染物吸收能量將產(chǎn)生爆炸性蒸發(fā),進(jìn)一步造成表面結(jié)構(gòu)的機(jī)械損傷。因此,為了提高通光質(zhì)量以及減少維護(hù)成本,獲取潔凈程度較高的表面,研究慣性約束聚變裝置中光學(xué)材料熔石英納結(jié)構(gòu)表面潤(rùn)濕性及污染物的粘附、去除機(jī)理具有重要意義。第一,本文簡(jiǎn)單介紹了分子動(dòng)力學(xué)的基本理論,為后續(xù)模擬仿真提供了理論依據(jù),同時(shí)對(duì)常用的光學(xué)元件加工方法進(jìn)行了分析,歸納并提取了表面典型納結(jié)構(gòu)的類型,為后續(xù)仿真所采用的基底結(jié)構(gòu)提供理論依據(jù)。第二,采用分子動(dòng)力學(xué)(MD)方法從三個(gè)方面系統(tǒng)性研究了熔石英表面納結(jié)構(gòu)的潤(rùn)濕性。第一,通過改變基底柱形結(jié)構(gòu)柱高和柱間距的尺寸參數(shù),從液滴在柱間滲透率變化的角度,詳細(xì)的分析了納結(jié)構(gòu)參數(shù)及水團(tuán)簇尺度對(duì)潤(rùn)濕狀態(tài)的影響,明確了穩(wěn)定潤(rùn)濕狀態(tài)中Wenzel-Cassie臨界轉(zhuǎn)變分界線;第二,通過在納結(jié)構(gòu)表面附著烴基、羥基等親疏水性基團(tuán)(有機(jī)物),從Wenzel、Cassie狀態(tài)及臨界轉(zhuǎn)變分界線的位置等角度分析了納結(jié)構(gòu)下表面狀態(tài)對(duì)潤(rùn)濕性的影響或得了親水性和疏水性基團(tuán)在納結(jié)構(gòu)下對(duì)潤(rùn)濕狀態(tài)的影響規(guī)律;第三,采用槽型表面納結(jié)構(gòu),通過改變納槽型結(jié)構(gòu)的槽深、槽寬研究了矩形槽和三角槽對(duì)潤(rùn)濕狀態(tài)的影響,并就形貌的不同對(duì)潤(rùn)濕各向異性進(jìn)行了分析。第三,采用MD方法模擬了油分子在熔石英平面、矩形槽、三角槽及鋸齒槽四種表面結(jié)構(gòu)的吸附以及水介質(zhì)下的脫附過程。從體系瞬時(shí)狀態(tài)、油分子密度分布、油團(tuán)質(zhì)心坐標(biāo)等方面對(duì)吸附與脫附過程進(jìn)行分析,研究發(fā)現(xiàn)油層穩(wěn)定性對(duì)水通道形成快慢有重要影響;根據(jù)矩形槽結(jié)構(gòu)吸附過程中油團(tuán)質(zhì)心高度回彈現(xiàn)象和脫離過程中水平油分子的殘留現(xiàn)象,提出了槽型結(jié)構(gòu)勢(shì)阱殘留作用機(jī)理,并從受力分析角度加以驗(yàn)證;同時(shí)發(fā)現(xiàn)了三角槽和鋸齒槽中環(huán)阱結(jié)構(gòu)過少是殘留油分子少的主要原因。第四,通過采用不同的清洗方法對(duì)不同槽結(jié)構(gòu)參數(shù)的熔石英樣本進(jìn)行清洗,基于接觸角實(shí)驗(yàn)分析了熔石英表面結(jié)構(gòu)對(duì)潤(rùn)濕性的影響;通過XPS能譜分析實(shí)驗(yàn)測(cè)量了納結(jié)構(gòu)表面的有機(jī)物含量,驗(yàn)證了納結(jié)構(gòu)對(duì)殘留油分子的滯留效果,指出了影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差的主要因素。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TL632
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 選題背景及研究的目的和意義
        1.1.1 課題的來(lái)源
        1.1.2 課題研究的目的和意義
    1.2 界面吸附國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 水分子界面吸附的潤(rùn)濕性研究現(xiàn)狀
        1.2.2 污染物界面吸附研究現(xiàn)狀
    1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容
第2章 分子動(dòng)力學(xué)模擬方法及熔石英表面典型結(jié)構(gòu)類型建立
    2.1 引言
    2.2 分子動(dòng)力學(xué)理論
        2.2.1 基本原理及模擬過程
        2.2.2 分子相互作用
    2.3 熔石英表面結(jié)構(gòu)類型
        2.3.1 熔石英的表面加工工藝
        2.3.2 缺陷的種類
        2.3.3 典型結(jié)構(gòu)構(gòu)型
    2.4 本章小結(jié)
第3章 水在熔石英納結(jié)構(gòu)表面潤(rùn)濕性的研究
    3.1 前言
    3.2 固體表面潤(rùn)濕性理論
    3.3 水在附有有機(jī)物的柱形納結(jié)構(gòu)表面的吸附
        3.3.1 柱形納結(jié)構(gòu)表面的建模與模擬方法
        3.3.2 水分子吸附過程及潤(rùn)濕狀態(tài)
        3.3.3 柱形結(jié)構(gòu)柱高和柱間距的影響分析
        3.3.4 水團(tuán)簇尺寸的影響分析
    3.4 納結(jié)構(gòu)下表面狀態(tài)對(duì)潤(rùn)濕性的影響
        3.4.1 納結(jié)構(gòu)表面污染物（烴基）潤(rùn)濕性的影響
        3.4.2 納結(jié)構(gòu)表面親水性基團(tuán)（羥基）的潤(rùn)濕性的影響
    3.5 水分子在槽型納結(jié)構(gòu)表面的潤(rùn)濕性
        3.5.1 槽型結(jié)構(gòu)建模與模擬方法
        3.5.2 矩形槽結(jié)構(gòu)下水分子的吸附仿真分析
        3.5.3 鋸齒槽型結(jié)構(gòu)吸附仿真模擬分析
    3.6 本章小結(jié)
第4章 熔石英表面納結(jié)構(gòu)下油分子的吸附與脫附仿真
    4.1 前言
    4.2 基底模型的建模與參數(shù)設(shè)置
    4.3 四種結(jié)構(gòu)表面油分子的吸附
        4.3.1 四種結(jié)構(gòu)表面油團(tuán)在吸附過程
        4.3.2 四種構(gòu)型下油分子吸附過程及對(duì)比分析
    4.4 四種結(jié)構(gòu)表面油分子在水介質(zhì)下的脫附
        4.4.1 四種結(jié)構(gòu)表面油分子在水介質(zhì)下的脫附過程
        4.4.2 四種結(jié)構(gòu)中油分子的密度分布分析
        4.4.3 結(jié)構(gòu)勢(shì)阱對(duì)殘留油分子的作用機(jī)理分析
        4.4.4 油分子的結(jié)構(gòu)勢(shì)阱機(jī)理的驗(yàn)證
    4.5 本章小結(jié)
第5章 熔石英表面污染物去除的實(shí)驗(yàn)及驗(yàn)證
    5.1 引言
    5.2 不同表面結(jié)構(gòu)熔石英樣本的準(zhǔn)備
        5.2.1 熔石英表面結(jié)構(gòu)加工方法的選擇
        5.2.2 熔石英的分組
        5.2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
    5.3 潤(rùn)濕角檢測(cè)及XPS檢測(cè)結(jié)果分析
        5.3.1 樣品表面面元素不同對(duì)潤(rùn)濕性的影響分析
        5.3.2 表面微結(jié)構(gòu)中槽間距對(duì)潤(rùn)濕性的影響分析
        5.3.4 不同清洗方法對(duì)有機(jī)物去除作用的影響
        5.3.5 表面微結(jié)構(gòu)對(duì)殘留有機(jī)物含量的影響
    5.4 實(shí)驗(yàn)中需要嚴(yán)格控制的因素
    5.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文
致謝

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 苗心向;袁曉東;王海軍;呂海兵;王成程;鄭萬(wàn)國(guó);;熔石英表面銅膜污染物誘導(dǎo)損傷實(shí)驗(yàn)研究[J];強(qiáng)激光與粒子束;2008年09期

2 尹偉;祖小濤;蔣曉東;袁曉東;呂海兵;王成程;鄭萬(wàn)國(guó);;經(jīng)355nm激光預(yù)處理后熔石英的損傷增長(zhǎng)[J];原子能科學(xué)技術(shù);2009年09期

3 齊亞范,方敬忠;φ410mm輕型熔石英反射鏡[J];光電工程;1999年01期

4 田野;彭小強(qiáng);石峰;胡皓;;熔石英光學(xué)元件激光閾值提升仿真與工藝研究[J];航空精密制造技術(shù);2013年05期

5 ;熔石英玻璃非球面聚光鏡的高速切削[J];儀器制造;1974年06期

6 李德培;口徑20厘米蜂窩熔石英平面鏡制造及加工情況簡(jiǎn)介[J];天文學(xué)報(bào);1994年02期

7 廖春德;解旭輝;史寶魯;;電感耦合大氣等離子體加工熔石英的研究[J];航空精密制造技術(shù);2014年03期

8 齊亞范,方敬忠,楊力,吳時(shí)彬,熊勝明,張?jiān)贫?輕型反射鏡研究與發(fā)展[J];光學(xué)技術(shù);1998年03期

9 韓歡慶，雷廷權(quán)，溫廣武，周玉;碳纖維補(bǔ)強(qiáng)增韌熔石英性能研究[J];機(jī)械工程材料;1996年03期

10 王東方;;大氣等離子體加工熔石英技術(shù)研究[J];陜西理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 蔣曉龍;強(qiáng)激光系統(tǒng)熔石英基底的處理技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

2 于景俠;CO_2激光輻照熔石英材料的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)模擬[D];電子科技大學(xué);2015年

3 鐘勉;輻照對(duì)藍(lán)寶石、熔石英光學(xué)和激光損傷特性的影響[D];電子科技大學(xué);2016年

4 章春來(lái);亞表面缺陷和雜質(zhì)誘導(dǎo)光增強(qiáng)的模擬及其檢測(cè)和控制研究[D];電子科技大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王亞男;熔石英玻璃塑性域微銑削工藝基礎(chǔ)及實(shí)驗(yàn)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

2 佀昊;熔石英表面污染物粘附機(jī)理及潔凈度表征方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

3 田潤(rùn)妮;熔石英體內(nèi)雜質(zhì)對(duì)激光光場(chǎng)調(diào)制的研究[D];西南科技大學(xué);2015年

4 倪銳芳;熔石英玻璃的SBS效應(yīng)及界面結(jié)構(gòu)對(duì)損傷過程影響研究[D];西南科技大學(xué);2015年

5 田野;紫外熔石英光學(xué)元件加工缺陷鈍化工藝研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

6 楊威;強(qiáng)激光作用下終端光學(xué)組件顆粒污染物的吸附及實(shí)驗(yàn)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

7 陳文洋;熔石英表面納結(jié)構(gòu)對(duì)污染物的吸附及脫附的影響研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

8 周慶巖;熔石英修復(fù)形貌對(duì)三倍頻激光傳輸過程相位調(diào)制的影響[D];電子科技大學(xué);2016年

9 宋文亮;溫度效應(yīng)對(duì)強(qiáng)激光輻照下材料性質(zhì)影響的研究[D];電子科技大學(xué);2016年

10 尹偉;熔石英的真空損傷與損傷增長(zhǎng)的研究[D];電子科技大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2844440