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...     

纳米CuCr2O4在HTPB复合推进剂中应用的安全性及燃烧机理

为提高纳米CuCr₂O₄(n-CuCr₂O₄)燃烧效能，阐明其促进HTPB复合推进剂燃烧的机理，研究了n-CuCr₂O₄分散方法，探讨了n-CuCr₂O₄对复合推进剂安全性和燃烧性能的影响。结果表明，癸二酸二异辛酯(DOS)可使n-CuCr₂O₄颗粒充分分散，颗粒粒径为50 nm。将DOS与乙酸乙酯混合作为分散液，n-CuCr₂O₄/分散液为12/100,超声分散30 min, n-CuCr₂O₄可以有效分散，使推进剂燃速提高1.5%。在含量均为2.5%时，含n-CuCr₂O₄推进剂的燃速虽然低于含卡托辛的，但是摩擦感度和撞击感度均降低。与微米CuCr₂O₄相比，n-CuCr₂     

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。     

AZO改性Y2O3-ZnO-Al2O3热控涂层性能分析

为解决铝合金表面液相等离子体电解氧化（PEO）涂层（Y₂O₃-ZnO-Al₂O₃）导电性差而导致的静电效应,对其进行表面改性处理。采用原子层沉积（ALD）技术在铝合金表面PEO涂层原位沉积铝掺杂氧化锌（AZO）导电薄膜以提高PEO涂层的导电性。对AZO改性PEO涂层的相组成和表面微观结构进行分析;对不同沉积温度下所得复合涂层的电阻率、载流子浓度和迁移率,以及沉积前后的热控性能、耐腐蚀性进行测量分析。结果表明:AZO导电薄膜均质连续致密地沉积在PEO涂层表面;当沉积温度为150 ℃时,AZO@Y₂O₃-ZnO-Al₂O₃复合涂层的电阻率为1.15×10-4 Ω·cm,载流子浓度为1.8×1020 cm-3,太阳吸收比为0.409,发射率为0.892,且抗电化学腐蚀性能良好,能够满足航天器热控涂层在空间环境应用的技术要求。     

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。     

负电子亲和半导体的二次电子发射

根据0.8keV≤Epomax≤5keV的负电子亲和(negative electron affinity,NEA)半导体二次电子发射(secondary electron emission,SEE)的特性，初级电子产额R，现有的次级电子产额δ的通用公式和实验数据，分别推导并实验证明了NEA金刚石的δ在0.5Epomax≤Epo≤10Epomax, GaN在2keV≤Epomax≤5keV, NEA金刚石的δ在08keV≤Epo≤3keV, GaN在08keV≤Epomax≤2keV的特殊公式;其中Epomax为δ达到最大值时的Epo, Epo为初级电子入射能。推导出了08keV≤Epomax≤5keV时NEA半导体的内部二次电子到达发射极表面后逃逸到真空中的概率B。还提出了计算08keV≤Epomax≤5keV NEA半导体1/α的方法;其中1/α为二次电子的平均逃逸深度。分析结果表明，B和1/α的理论研究有助于研究不同样品制备方法对NEA半导体中SEE的定量影响，从而生产出理想的NEA发射体，如NEA金刚石。     

模拟地球同步轨道粒子辐照环境对若干航天器热控涂层太阳吸收率的影响

文章是用开发的一个计算机数字计算的模型来计算粒子辐照下材料中的吸收能量剖面.文章介绍了航天器的热控涂层试验,用改变入射质子和电子能量的办法,模拟同步轨道辐射环境.通过对几种涂层(白漆、黑漆、二次表面镜等)分别进行3年和10年的轨道模拟环境试验,并在真空环境中和空气中测量其反射率的变化,确定了电子和质子对这些材料所产生的影响.     

氟化石墨烯包覆硼氢化镁的制备及其在GAP推进剂中的应用研究

储氢材料具有氢含量高,在燃烧过程中产生的燃气平均相对分子质量小等优势,可用于提升固体推进剂等含能材料的比冲。硼氢化镁的氢含量高达14.9%,且含有的B和Mg元素,在燃烧过程中可释放大量的热。文中设计并制备了氟化石墨烯(FGS),并采用液相自组装方式制备了FGS@Mg(BH₄)₂复合物,分别研究了Mg(BH₄)₂和FGS@Mg(BH₄)₂与推进剂常用组分的相容性及药浆的安全性能。结果表明,采用少量的氟化石墨烯即可实现对Mg(BH₄)₂的包覆,包覆后对Mg(BH₄)₂的氢含量影响不大。Mg(BH₄)₂与HMX、CL-20和HTPB相容性良好,但是与GAP粘合剂和AP相容性差,尤其是GAP推进剂药浆加入Mg(BH₄)₂后,推进剂的摩擦感度和撞击感度很差,甚至引起燃烧等现象。采用FGS@Mg...     

纳米结构高氯酸铵的制备及其性能和防吸湿性研究

为了减小高氯酸铵(AP)的粒径,进一步提高AP性能,采用液氮辅助和真空冷冻干燥法制备出n-AP,并通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X光电子能谱(XPS)和红外光谱(IR)对其进行表征,使用差示扫描量热法(DSC)和热重-质谱(TG-MS)分析其热分解性能,同时测试其机械感度;并分别用1%油酸和1%KH-550对n-AP进行表面包覆改性,测试包覆前后n-AP的吸湿性,并与AP进行对比。结果表明,所制备的n-AP微观形貌呈长条形,一维尺寸小于100 nm,其分子结构、表面元素和晶相与AP一致;n-AP的热分解活化能为128.14 kJ/mol,较AP降低18.68 kJ/mol,说明纳米化后热稳定性下降;n-AP的热分解产物为NH₃、H₂O和NO,另有少量HCl、NO₂和Cl₂生成;n-AP的机械感度有一定恶化,5 kg落球下特性落高(H₅₀)为71 cm,摩擦感度爆炸百分比(P)为96%,与AP相比分别提高了14.5%和56%;经包覆改性后,n-AP的吸湿性大幅度降...     

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。     

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。