Page 3 - 《含能材料》火工品技术合集 2015~2019
P. 3

Ni/Cu 复 合 多 层 膜 电 爆 炸 等 离 子 体 发 射 光 谱 特 性 及 飞 片 推 动 性 能                                           457

            在 玻 璃 基 底（PYREX7740）上 磁 控 溅 射 一 层 厚 约                   计算 Ni/Cu、Cu 等离子体电子温度选用的铜原子
            100 nm 的 Ge 层作为导电层，然后分别电化学沉积调                       谱线及相关光谱物理参数            ［17］ 见表 1。
            制周期为 300 nm/400 nm 和 200 nm/300 nm 的 Ni/Cu
                                                                表 1  CuI 发射光谱谱线的相关物理参数         ［17］
            复合多层膜。Ni/Cu 复合多层膜采用交替沉积 Ni 层
                                                                Table 1  Physical parameters of CuI emission spectrum
            和 Cu 层的方式：调制周期为 300 nm/400 nm 时交替
                                                                lines ［17］
            沉 积 5 次 ，最 后 沉 积 一 层 300 nm 的 Ni 膜 ，记 为              wavelength / nm  E m / cm -1  A mn / 10 s  g m
                                                                                                 7 -1
           （Ni Cu ）Ni ；调 制 周 期 为 200 nm/300 nm 时 交               458.697       62948.260    3.2        6
                      5
                   400
               300
                         300
            替沉积 8 次，记为（Ni Cu ）。纯 Cu 膜和 Ni 膜为一                    510.554       30783.697    0.2        4
                                      8
                                   300
                               200
            次性沉积至约 4 μm。对制备好的 Ni/Cu 复合薄膜进                        515.324       49935.195    6          4
            行了 SEM 及 XRD 测试表征。                                   570.024       30783.697    0.024      4
            2.2  等离子体发射光谱特性测试方法                                  Note： E m is the energy of upper level. A mn is the transition probability. g m is
                                                                      the partition coefficient associated with the excited level.
                通过测试等离子体的发射光谱，利用 Boltzmann
            图谱法   ［15］ 计算电爆炸等离子体的电子温度。已知等                           计算 Ni 等离子体电子温度选用的镍原子谱线及
            离子体在满足局部热力学平衡（Local Thermodynam⁃                    相关光谱物理参数         ［17］ 见表 2。
            ic Equilibrium，LTE） ［16］ 条件下，等离子体中各粒子在
                                                                表 2  NiI 发射光谱谱线的相关物理参数         ［17］
            其束缚能级上按 Boltzmann 分布，同一电离级两条光
                                                                Table 2  Physical parameters of NiI emission spectrum
            谱线的强度关系可表示为：
                                                                lines ［17］
            I ( ) 2  A ( ) 2 g ( ) 2 λ 1  é  E ( ) 2 - E ( ) 1 ù  wavelength / nm  E m / cm -1  A mn / 10 s  g m
                                                                                                  7 -1
                           m
                                           m
                     mn
                                                  m
             mn
                                                      ú
                                       ê
            I ( ) 1  =  A ( ) 1 g ( ) 1 λ 2 × exp ê-  KT  ú （1）  438.287       54251.308    0.15        7
                                                      û
                                       ë
                     mn
             mn
                           m
            式中，标号 1、2 代表不同的谱线，A 为相应谱线的跃                          452.314       22102.325    3.2e⁃8      9
                                           mn
                    -1
            迁几率，s ，g 为上能级的统计权重，E 是相应上能级                          463.303       49158.480    0.0078     11
                                              m
                        m
            能量 ，cm ，λ 为波长 ，nm，K=1.3806504×10         -23 ，为玻     483.118       49777.569    1.6         7
                    -1
                           -1
            尔兹曼常数，J∙K 。在求电子温度时，以其中某条谱
                                                                    等离子体发射光谱测试采集原理示意图如图 1 所
            线 I （1）做 基 准 ，其 他 谱 线 的 强 度 I （2）与 I （1）相           示。测试系统主要包含两部分：爆炸箔放电测试电路和
               mn
                                             mn
                                                     mn
            比，再取对数，则式（1）可写为：                                    光谱信号采集分析系统，其中放电回路主要包含电子开
              (  λ I ( ) 2 /I ( ) 1 )  E ( ) 2 - E ( ) 1        关 VCS、0.47 μF 薄膜电容和爆炸箔，爆炸箔表面焊接
                  mn
                2
                         mn
                                           m
                                   m
            ln  A ( ) 2 g ( ) 2  = -    KT      + c 0   （2）     铜箔作为电极，采用高压电源（PS350/5000 V-25 W）
                  mn
                        m
            式中，c 为常数。由式（2）可知，只需作谱线相对强度                          为电容充电，罗氏线圈（PEM CWTMini 30B）测量放电
                  0
            的对数值与 E 的 Boltzmann 图，求出其斜率（-1/KT），                 回 路 电 流 并 用 示 波 器 监 测 ，信 号 发 生 器（Agilent
                        m
            便可确定电子温度 T，K。                                       33500B）用于触发 VCS。光谱信号采集分析系统主要
            图 1  等离子体发射光谱采集原理示意图
            Fig.1  Schematic diagram of the plasma emission spectrometry acquisition


            CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS              含能材料                2019 年  第 27 卷  第 6 期 （456-464）
   1   2   3   4   5   6   7   8