發(fā)布時(shí)間：2021-08-19 12:23

　　儲(chǔ)氫薄膜是用于中子發(fā)生器用氚靶的核心材料,其儲(chǔ)氫量是決定氚靶性能的關(guān)鍵指標(biāo)。另外,在激光火工品用爆炸箔中引入儲(chǔ)氫薄膜,實(shí)現(xiàn)氫爆能和化學(xué)能相結(jié)合可提高其能量轉(zhuǎn)換效率。本論文針對(duì)中子發(fā)生器用氚靶工作溫度高、易粉碎、儲(chǔ)氫量小等問(wèn)題,采用磁控濺射法制備氚靶。重點(diǎn)研究了基底溫度、Mo含量、工作溫度對(duì)TiMo薄膜氚靶儲(chǔ)氫性能的影響。另外,針對(duì)激光火工品能量轉(zhuǎn)換效率低的問(wèn)題,提出將儲(chǔ)氫薄膜用于激光驅(qū)動(dòng)飛片換能元。采用磁控濺射法制備MgAl薄膜,主要開展了不同Al含量對(duì)MgAl薄膜吸氫性能的影響及氫含量對(duì)激光飛片速度的影響。論文的主要工作如下:1.設(shè)計(jì)了中子發(fā)生器用氚靶結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)主要由4部分構(gòu)成,分別是Cu基底、Au阻擋層、TiMo合金儲(chǔ)氫層、Ta保護(hù)層。其中Cu基底直徑為15 mm,厚度為2 mm,200 nm厚的Au阻擋層是為了防止儲(chǔ)氫層中的氫氣向Cu基底擴(kuò)散,20nm厚的Ta保護(hù)層能在空氣中生成一層致密的Ta₂O₅,可有效隔絕大氣中的水汽、氧等向儲(chǔ)氫層擴(kuò)散。采用磁控濺射法分別沉積Au阻擋層、TiMo儲(chǔ)氫層、Ta保護(hù)層。采用高溫加壓的方法對(duì)制備的氚靶樣... 

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Pd/Mg雙層薄膜（左）和Pd/Mg(200nm)/Pd薄膜（右）的TEM圖

第一章緒論3wt.%。在三層薄膜中Mg層是由直徑僅為10nm柱狀晶結(jié)構(gòu)構(gòu)成，而兩層Pd/Mg薄膜中的Mg柱狀晶結(jié)構(gòu)直徑略小于100nm，如圖1-1所示，圖中左邊為Pd/Mg雙層薄膜，右邊為Pd/Mg（200nm）/Pd薄膜。分析認(rèn)為在三層結(jié)構(gòu)的Pd/Mg/Pd薄膜中，氫原子被上下Pd層同時(shí)解離然后進(jìn)入Mg層，導(dǎo)致三層結(jié)構(gòu)的薄膜吸氫能力增強(qiáng)。圖1-1Pd/Mg雙層薄膜（左）和Pd/Mg(200nm)/Pd薄膜（右）的TEM圖2014年HwaebongJung[29]采用磁控濺射技術(shù)制備了60層結(jié)構(gòu)的Mg/Pd和Ti/Mg/Ti/Pd多層膜。研究了兩種薄膜的氫氣吸收含量，結(jié)果表明Ti/Mg/Ti/Pd薄膜在吸氫溫度為50℃、100℃、150℃下，氫吸收含量分別為1.7wt.%、3.5wt.%、4.7wt.%，但是在相同吸氫溫度下的Mg/Pd薄膜的氫吸收含量顯著降低，分別為0.18wt.%、0.65wt.%、1.35wt.%，圖1-2分別為兩種薄膜的吸氫含量曲線。Mg/Pd和Ti/Mg/Ti/Pd膜的吸氫能力在很大程度上取決于加氫過(guò)程中形成的Mg-Pd金屬間化合物相的形成。Ti/Mg/Ti/Pd膜中的Ti層阻止Mg和Pd原子間相互擴(kuò)散形成金屬間化合物相，導(dǎo)致薄膜的氫吸收含量明顯增高。Mg/Pd薄膜在氫化過(guò)程中Mg和Pd原子相互擴(kuò)散形成了金屬間化合物，該化合物阻止了氫持續(xù)向Mg層擴(kuò)散。圖1-2Mg/Pd薄膜和Ti/Mg/Ti/Pd多層膜的吸氫含量曲線2010年S.Y.Ye[30]等人采用磁控濺射法在Si基底上制備了Pd/Mg多層膜，其中Mg層厚度為470nm，Pd層厚度為80nm，總共33層。將多層膜置于溫度為473K，氫壓為30bar純氫氣中吸氫4小時(shí)。研究結(jié)果表明未吸氫的多層膜界面清

こ煞腫?晃狹gH2和MgO。多層膜儲(chǔ)氫量測(cè)試結(jié)果表明，多層薄膜在373K下吸放氫含量為2.6wt.%，接近于Mg6Pd的理論吸氫含量2.8wt.%。將薄膜的吸放氫溫度降低為323K，在氫壓為30bar純氫氣中吸氫4小時(shí)后，薄膜仍能吸收解析約2.5wt.%的氫。Pd/Mg多層膜吸放氫過(guò)程可以解釋為：Pd/Mg薄膜首先形成Mg6Pd化合物，然后在氫氣作用下形成MgH2和Mg5Pd2。薄膜在323K時(shí)完全脫氫且薄膜中只存在Mg6Pd和Mg5Pd2兩相。研究認(rèn)為薄膜能在低溫下進(jìn)行吸放氫循環(huán)主要是由于在薄膜中增加的界面自由能和Pd對(duì)H2的催化作用共同作用的結(jié)果。圖1-3Pd/Mg薄膜的截面TEM；(a)未吸氫，(b)存放一周，(c)吸氫兩小時(shí)，(d)三次吸氫循環(huán)2005年J.Paillier[31]等人采用脈沖激光沉積技術(shù)在不同氣氛條件下制備了Pd/Mg雙分子層薄膜。沉積氣氛分別為氬氣，氦氣和4%氫含量的氦氫混合氣，控制氣體壓強(qiáng)為47Pa或者27Pa。不同的沉積氣氛造成Pd和Mg的中間混合界面寬度不同，在氣體壓強(qiáng)為47Pa的純氬氣氣氛下，Pd/Mg薄膜的中間混合層較窄，壓強(qiáng)為27Pa和47Pa的氦氣氣氛下制備的Pd/Mg薄膜中間混合層較寬。在氦氣中加入4%的氫氣，雙層薄膜的中間混合區(qū)域減校當(dāng)Pd/Mg層之間存在一個(gè)互混區(qū)時(shí)，Pd/Mg膜的電化學(xué)氫化性能和機(jī)械穩(wěn)定循環(huán)性得到了很大的改善。Mg系儲(chǔ)氫材料中，MgNi合金由于吸氫量高（3.6wt.%），成本低，成為了研究最廣泛的儲(chǔ)氫材料，但是MgNi合金活化困難限制了其應(yīng)用[32,33]，且目前大多數(shù)的研究圍繞的是MgNi合金和粉末，MgNi薄膜的研究較少。L.Z.Ouyang[34]等人采用磁控濺射技術(shù)制備了MgNi/Pd多層薄膜，其中MgNi層厚度為40nm，

【參考文獻(xiàn)】：
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