模拟分析随机粗糙金属表面的二次电子发射特性

近年来，金属表面的二次电子发射系数（SEY）受表面形貌影响的研究得到了广泛关注。针对真空电子器件表面均为随机粗糙表面的实际情况，建立了基于二次电子发射唯象模型的随机粗糙表面SEY模拟仿真方法。以典型高斯分布型表面为例，针对表面粗糙度对SEY的影响规律进行了研究。结果表明，随机粗糙表面的SEY随初始电子入射能量变化的曲线，相比于理想光滑表面发生了右移（朝向高能端移动），且SEY与粗糙度之间不存在单调依赖关系。采用该模拟方法所得的SEY与粗糙度间的依赖规律与已报道的基于蒙特卡罗模拟方法所得规律一致，证实了该方法的合理性。     

新型薄膜材料在电子倍增器中的应用研究

为了提高核探测、航空航天、国防和精密科学仪器等领域中传统电子倍增器的性能，使其在较低的工作电压和入射电子能量下实现高增益、低噪声、长寿命的目标，在材料制备、二次电子发射测试和电子倍增器性能优化等方面开展了大量研究工作。利用原子层沉积（atomic layer deposition，ALD）技术研制了具有较高二次电子产额（secondary electron yield，SEY）的新型薄膜材料，研究了元素掺杂和表面修饰改善材料二次电子发射特性的方法，详细测试了薄膜材料的二次电子发射特性参数。利用ALD技术将新型薄膜材料成功应用于微通道板（microchannel plate，MCP）和单通道电子倍增器（channeltron electron multiplier，CEM）中，测试结果如下：相同工作电压下，镀膜后MCP组件的增益、单电子分辨率、峰谷比分别改善了约166%、17%和260%；对于单个CEM，镀膜前工作电压为2700V时增益才能达到108，而镀膜后1600V下即可达到相同增益（工作电压降低了1100V），并且其它各项参数（分辨率≤26%，累计拾取电荷量≥15.62C）均得到改善。该研究成果在高增益、长寿命新型电子倍增器研制及其在荷电粒子与含能光子探测中的应用具有重要意义。     

空气环境中镀银表面二次电子发射劣化机理

暴露于空气中的金属受环境影响，表面会产生吸附、沾污和氧化等表面改性作用，引起二次电子产额（secondary electron yield,SEY）变化。为探究银表面改性对SEY的影响，使用加热、有机清洗、离子清洗实现了多种银表面状态。实验结果显示，加热能够去除部分表面吸附和沾污，并使得SEY降低；离子清洗在去除表面吸附和沾污的同时还能够剥离表面氧化层，获得高度洁净的表面。离子清洗10/30分钟后SEY峰值由2.61降至1.73/1.70，说明剥离银表面的吸附、沾污和氧化层能使得SEY明显降低。为验证氧化对SEY的影响，使用磁控溅射制备氧化银薄膜。结果表明，氧化银SEY仅比银高0.1左右，且在斜入射下两者SEY差异更小，该结果证明银表面发生氧化不会使得SEY明显升高，并间接说明表面吸附和沾污是使得银表面SEY升高的主要因素。     

金属柱状阵列结构二次电子发射系数模拟研究

二次电子发射系数（secondary electron yield,SEY）的抑制对提高空间大功率微波部件的微放电阈值、降低粒子加速器发生电子云效应的风险等具有重要意义。针对现有圆柱形柱状阵列SEY抑制方法，未考虑实际加工工艺可能导致柱体形貌偏差，进而影响SEY抑制效应的问题，结合二次电子发射唯象概率模型和电子运动轨迹射线追踪法，研究了圆形、方形、圆锥形、截断圆锥形、方锥形、沙漏形及螺纹形柱状阵列的SEY。模拟结果表明：与理想圆柱形柱状阵列相比，方形、方锥形、螺纹形柱状阵列的SEY抑制效应与圆柱阵列基本相同（差异小于~6%），而其余几种形状的柱状阵列的SEY抑制效应略逊于理想圆柱阵列。因此，从SEY抑制效应角度看，圆柱形柱状阵列具有较好的工艺容差性能。研究结果为柱状阵列结构在SEY抑制领域的工程化研究与应用提供了参考。     

电子束辐照多层介质能量沉积规律的仿真研究

电子束辐照多层介质能量沉积规律研究是进行脉冲电子束辐照动力学研究的基础,同时它也是一个难点。文章利用改进的SANDYL程序构建模型,计算了在200 J/cm2能通量下,具有不同平均入射动能的电子束辐照碳酚醛/铝/碳酚醛/铝（C-ph/Al/C-ph/Al）结构和铝/金/铝/金（Al/Au/Al/Au）结构时的能量沉积情况,并由此得出电子束辐照多层介质时的能量沉积规律:在能通量一定的情况下,随着入射电子平均动能的增加,其穿透能力逐渐增强,但是沉积能量的峰值逐渐减小,且峰值的位置逐渐向靶内层偏移;在每层介质内部,随着电子入射平均动能不同而呈现不同的能量沉积剖面;在介质交界面处,由于阻止本领的不同,沉积的能量不连续。     

一种激光刻蚀降低二次电子产额的方法

空间大功率微波器件受空间环境因素的影响，易于发生微放电效应导致器件性能退化甚至失效。二次电子产额（Secondary Electron Yield，SEY）大于1是诱导空间材料表面微放电效应发生的根本条件之一。在材料表面制备微纳结构能有效抑制SEY，从而降低器件在空间环境中发生微放电的风险。激光加工可操作性强、灵活度高，可用于构建材料表面微米结构。本文使用1064 nm红外激光器在铝合金镀银样品表面制备单元尺寸为百微米的圆孔阵列和沟槽阵列，使用磁控溅射在样品表面分别覆盖200 nm银和72 nm铁氧体。SEY测试结果表明，银表面δmax（SEY峰值）从1.932降至0.868，铁氧体表面δmax从2.672降至1.312。实验证明激光加工制备的微米结构能大幅降低材料表面SEY，从而有效降低材料表面发生微放电的风险。     

二次电子发射特性测量装置的研究与进展

微放电效应出发引出对二次电子发射特性的研究，针对二次电子发射特性的测量，分析研究了当下通用的二次电子系数和能谱的测量方法。着重介绍了国内外具有代表性的重点科室其测量二次电子发射特性的装置，详细对比了不同装置二次电子特性测量的准确性和差异性，总结了各自的优势和不足。最后指出了目前二次电子测试平台装置急需解决的一些制约测试质量的问题和难点，以及在测量装置研究上进一步的发展方向及趋势。为更加深入地研究二次电子发射理论和数值模拟问题奠定坚实的实验基础。     

高能电子辐照下介质材料内沉积电荷分布试验研究

深层带电是影响航天器在轨安全和正常运行的重要空间环境效应，而高能电子在介质材料内部的沉积电荷分布特性是深层带电效应的重要考量因素。文章采用脉冲电声（pulsed electro-acoustic, PEA）法测试了0.3～1.0 MeV电子辐照下聚酰亚胺（PI）材料内部的沉积电荷分布特性，研究了电子能量和入射电子数对材料内部沉积电荷分布的影响规律。结果表明:高能电子主要沉积在辐照区的后端，随着入射电子数的增加，材料内部沉积的电荷量将不断增加，最终达到稳定状态；能量越高的电子穿透能力越强，并在材料内部形成分布范围更广的电荷沉积峰。     

表面微孔阵列结构调控二次电子发射特性研究

固体介质的二次电子发射受到材料成分、元素构成、表面状况等因素影响,其中表面状况对于二次电子发射系数起着至关重要的作用,表面微结构调控入射电子在材料表面的运动状态和碰撞频率,进而影响二次电子发射。基于粒子路径追踪算法,建立了一次电子与材料表面碰撞模型,研究了微孔阵列结构参数对二次电子发射系数的调控机制,分析了微孔阵列单元深度、孔径和面积占比的影响规律。研究发现,通过设置合理的结构单元深度和宽度,可以实现对二次电子发射系数的调节。单元孔径宽度为2mm、深度为5mm、数目为169时,二次电子发射系数降低了57%。研究结论可为脉冲功率、航天领域的沿面放电机理分析和抑制提供理论和数据支撑。     

第二边界条件下梯度功能材料一维温度场的数值模拟

采用数值模拟的方法，对梯度功能材料在第二边界条件下温度场进行了分析，并根据所建立的数值方法对新研制的C／C／Al2O3炭陶梯度功能材料和C／C材料进行了比较，对具有不同组分分布曲线的梯度功能材料进行了比较。结果表明，C／C／Al2O3炭陶梯度功能材料的绝热性能优于C／C材料，可通过改变C／C／Al2O3炭陶梯度功能材料的组分分布，优化其内部的温度场分布。     

基于机器学习的二次电子发射唯象模型

基于机器学习和深度人工神经网络（artificial neural network，ANN）提出一种二次电子发射唯象模型。利用Vaughan模型生成先验数据集，用于训练生成描述二次电子发射一般规律的先验知识ANN模型，并在不同参数条件下验证了先验知识ANN模型的正确性。然后，分别利用银和铝合金材料的二次电子发射系数实验数据修正先验知识ANN模型，分别得到了描述两种材料的特异ANN模型。测试结果表明，特异ANN模型计算结果与实验结果相比的平均绝对误差较Vaughan模型和Furman模型降低了30%以上，与复合唯象模型精度相当或更高。在小样本条件下测试了二次电子发射ANN模型的正确性，验证了分步训练方式的有效性和二次电子发射ANN模型对于小样本集的适应性。提出的基于机器学习的二次电子发射唯象模型能够避免复杂的参数修正过程，能够基于先验知识提升模型对于小样本的适应性，能够实现二次电子发射系数的连续插值，适于在数值模拟软件中使用。     

Observation of narrow energy spectrum electron flows on <Emphasis Type="Italic">the INTERBALL Tail Probe</Emphasis> and their possible relation with the spacecraft charging

The paper describes cases of observations of narrow energy spectrum electron flows up to 500 eV on the INTERBALL Tail Probe. About 30 events were registered in 1996 on the night side of the Earth predominantly in 03^h–06^h local time sector. Quasimonochromatic electrons (QME) were registered by all 8 spectrometer channels oriented along the spacecraft meridian with angles of the field of view centers relative to sunward direction from 11° to 169°. Quasimonochromatic electrons were observed simultaneously with large fluxes of high temperature magnetospheric electrons. The dependences of QME energy on both fluxes and energy of high-energy magnetospheric electrons were observed in every event. The ratio of full width at half height (FWHH) to mean energy of QME was ~20%. This electron component with quasimonochromatic energy probably was originated on the spacecraft surface. The registered energy of QME was apparently due to difference of potentials between spacecraft surface from which electron beam originated and the location of electron spectrometer.     

纳米粒子原位杂化酚醛/炭纤维烧蚀防热研究

采用原位杂化方法分别制备了SiC、SiO2和Al2 O3 3种纳米粒子杂化酚醛树脂,扫描电镜观察发现,纳米粒子均匀分散在酚醛树脂中,与酚醛树脂形成“海-岛”结构;热重分析结果显示,纳米粒子杂化酚醛树脂的降解过程分为3个阶段,通过Kissinger法对杂化酚醛树脂热分解活化能进行计算,发现纳米粒子能够降低树脂第1阶段的热...     

无压渗透制备（Al2O3）P／Al复合材料的结构及渗透机理

叙述了无压液态金属（含镁铝合金）渗透法制备Ａｌ２Ｏ３颗粒增强铝基复合材料（Ａｌ２Ｏ３）ｐ／Ａｌ的工艺过程，对（Ａｌ２Ｏ３）ｐ／Ａｌ的微观结构进行了分析，提出了无压渗透机理。分析结果表明，试样渗透完全，（Ａｌ２Ｏ３）ｐ／Ａｌ显微结构致密；在Ａｌ２Ｏ３与Ａｌ的界面处，原位生成ＭｇＡｌ２Ｏ３尖晶石晶体，它使界面结合牢固，对复合材料起到强化作用，镁除与Ａｌ２Ｏ３反应外，其余部分固溶于基体铝中，特定的合金成份及特殊的截留气氛下以及原位反应都有助于改善铝对（Ａｌ２Ｏ３）ｐ的浸润性或产生选择渗透，这样，铝在自发状态下完全渗透入（Ａｌ２Ｏ３）ｐ骨架之中。     

Kapton抗原子氧侵蚀的Al2O3涂层研究

在原子氧侵蚀地面模拟设备中对Kapton和利用反应溅射制备的Al2O3涂层进行了原子氧暴露实验，并采用XPS和SEM等分析手段对暴露前后试样表面的物理和化学变化进行了研究。结果表明，Kapton试样遭受了严重的侵蚀，质量损失较大；Al2O3涂层质量变化很小，对基体提供了良好的保护作用。XPS分析结果表明，Kapton的羰基与原子氧作用时形成CO2，随后CO2气体脱附。反应溅射的Al2O3涂层是富Al的，初始暴露时由于氧化反应而质量有少许增加，随时间延长，涂层变得完全符合化学计量。     

ΔDsat,a QB50 CubeSat mission to study rarefied-gas drag modelling

A CubeSat mission to study the impact of flow incidence angle, surface material and surface roughness on gas–surface interactions on spacecraft in low Earth orbits has been designed. To accomplish this scientific goal the CubeSat deploys a variable geometry aerofoil capable of exposing different surfaces to the flow at different incident angles. By using the on-board GPS measurements and an orbit determination technique the drag experienced by the CubeSat can be estimated. The CubeSat has been designed to be part of the QB50 mission, and hence it carries a sensor that can take in-situ measurements of the atmosphere. This is then used to estimate the atmospheric density and hence to extract information on the drag coefficient. To minimise any bias present in the measurement chain a differential approach is used. Therefore no absolute drag coefficients are estimated, instead, ratios of drag coefficients are computed. This allows direct comparisons of the drag coefficients of different materials, different surface roughness or different incident angles. Simulations indicate that this CubeSat mission will be able to obtain drag coefficient ratios with an uncertainty level of less than 5%.     

卡托辛对AP热分解影响的XPS研究

采用XPS方法研究了卡托辛对复合固体推进剂氧化剂AP热分解过程的作用机理。结果表明,热氧化后Fe原子的结合能向高位移动,再根据Fe2p3/2谱强度的变化,说明卡托辛在AP热分解过程中是逐渐氧化过程,Fe—C共轭键逐渐断裂;Cl原子的结合能向低位移动,且在200 eV左右出现低结合能的峰,同时其强度逐渐增大,Cl原子在200 eV处形成的低结合能态的可能途径是卡托辛的分解产物环戊二烯离子与HClO4的分解产物HCl发生反应,加速了HClO4的分解速度;卡托辛的二茂铁基夹心结构破坏后生成的Fe2O3具有较高的反应活性,亦加速AP离解产物HClO4的分解速度。