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ICF用纳米磁性粉体掺杂聚苯乙烯靶丸材料研究

作　者: 宋丽贤
导　师: 卢忠远
学　校: 西南科技大学
专　业: 材料学
关键词: 惯性约束核聚变 聚苯乙烯 磁性掺杂 靶丸材料
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要


惯性约束核聚变ICF实用化的一个“瓶颈”是其能量增益太低。而ICF的能量增益大小与靶丸的设计、制备和激光对靶丸作用的均匀性有关。为此，我们提出了通过磁悬浮方式来达到无接触支撑固定靶丸的构想，由于磁悬浮支撑固定靶丸是无接触的，可减少靶丸表面的粗糙度，并可使激光对称、均匀地照射到靶丸上，从而实现高能量增益。为实现此构想，本文首次采用在聚苯乙烯中掺杂纳米磁性粉体，制备了磁性靶丸材料，为制备磁性靶丸，实现无接触点打靶奠定基础。 本文采用溶胶一凝胶法、双微乳液法分别制备了BaFe12O19、Fe3O4两种磁性纳米粉体，通过本体聚合工艺制备了BaFe12O19／PS和Fe3O4／PS磁性靶丸复合材料，通过理论推导建立了靶丸悬浮的理论模型，并结合实验进行了模拟计算。借助XRD、FTIR、TG-DSC、SEM、TEM、AFM、VSM等手段对制备的粉体和磁性靶丸复合材料进行了分析表征，获得以下结果： （1）采用溶胶—凝胶法合成了平均粒径约50nm、矫顽力Hcj约2.2KOe、剩余磁化强度Br约4.2KGs的BaFe12O19粉体；采用双微乳液法合成了平均粒径约25nm、饱和磁化强度为62emu／g且具有超顺磁性的Fe3O4粉体。 （2）BaFe12O19／PS和Fe3O4／PS靶丸复合材料的饱和磁化强度均随磁性粉体含量的增加而增加，但相同磁性粉体含量的两种靶丸复合材料中，BaFe12O19／PS体系的平均饱和磁化强度比Fe3O4／PS大8 KA／m。 （3）适量粉体的掺入，提高了复合材料的拉伸强度和冲击强度，并且随粉体含量的增加而增加。BaFe12O19／PS靶丸复合材料中，当BaFe12O19含量增加到6wt％时，其拉伸强度和冲击强度分别比PS基体材料增加了27％和102％。而当BaFe12O19含量继续增加到10％时，材料的拉伸强度和冲击强度基本上不再变化，分别为28.06 MPa和10.3 J／m-1。Fe3O4／PS体系的拉伸强度和冲击强度与BaFe12O19／PS体系的基本相同。 （4）由理论模型结合实验进行模拟计算可知，随磁性粉体含量的增加，使BaFe12O19／PS、Fe3O4／PS模拟靶丸悬浮的外界磁场强度逐渐减小。当BaFe12O19／PS模拟靶丸中BaFe12O19含量为2％时，所需的悬浮磁场强度为0.45mT：含量为6％时，悬浮磁场的强度减小到0.37 mT，而Fe3O4／PS模拟靶丸悬浮所需的外界磁场强度从1.43mT减小到1.02 mT。 （5）本文所获得的两种磁性靶丸复合材料，悬浮时所需的外界磁场相

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
1 绪论  12-29
  1.1 引言  12-17
    1.1.1 ICF研究进展  12-13
    1.1.2 ICF靶丸材料研究现状  13-16
    1.1.3 ICF研究中面临的难题  16-17
  1.2 课题的提出与研究思路  17-18
  1.3 磁性无机纳米—聚合物复合材料的研究现状  18-27
    1.3.1 磁性纳米材料的性质  18-20
    1.3.2 本文选用的纳米磁性掺杂材料  20-23
    1.3.3 纳米粒子表面有机改性  23-24
    1.3.4 磁性无机纳米—聚合物复合材料的制备方法  24-26
    1.3.5 小结  26-27
  1.4 课题来源、主要研究内容及意义  27-29
    1.4.1 本课题来源  27
    1.4.2 主要研究内容  27
    1.4.3 本研究的意义  27-29
2 纳米磁性Fe_3O_4的制备及改性研究  29-40
  2.1 引言  29-30
  2.2 实验部分  30-31
    2.2.1 原料及试剂  30
    2.2.2 实验仪器  30
    2.2.3 分析表征手段  30-31
    2.2.4 Fe_3O_4纳米粒子的制备  31
    2.2.5 Fe_3O_4纳米粒子表面有机改性  31
  2.3 结果与讨论  31-39
    2.3.1 正交设计及结果分析  32-35
    2.3.2 Fe_3O_4粉体的XRD分析  35-36
    2.3.3 Fe_3O_4粉体粒度分布分析  36
    2.3.4 Fe_3O_4粒子的形貌分析  36-37
    2.3.5 Fe_3O_4粒子的磁性能分析  37-38
    2.3.6 改性前后纳米磁性Fe_3O_4体红外光谱分析  38-39
  2.4 本章小结  39-40
3 纳米磁性BaFe_(12)O_(19)的制备及改性研究  40-55
  3.1 引言  40
  3.2 实验部分  40-42
    3.2.1 原料及试剂  40-41
    3.2.2 实验仪器  41
    3.2.3 分析表征手段  41
    3.2.4 BaFe_(12)O_(19)纳米粒子的制备  41
    3.2.5 BaFe_(12)O_(19)纳米粒子表面有机改性  41-42
  3.3 结果与讨论  42-54
    3.3.1 制备BaFe_(12)O_(19)纳米粒子影响因素分析  42-50
    3.3.2 BaFe_(12)O_(19)粉体的XRD分析  50-51
    3.3.3 BaFe_(12)O_(19)粉体粒度分布分析  51-52
    3.3.4 BaFe_(12)O_(19)粒子形貌分析  52
    3.3.5 BaFe_(12)O_(19)粒子磁性能分析  52-53
    3.3.6 改性前后BaFe_(12)O_(19)粒子红外光谱分析  53-54
  3.4 本章小结  54-55
4 纳米磁性BaFe_(12)O_(19)／聚苯乙烯复合材料的研究  55-66
  4.1 引言  55
  4.2 实验部分  55-57
    4.2.1 原料及试剂  55-56
    4.2.2 实验仪器  56
    4.2.3 分析表征手段  56-57
    4.2.4 BaFe_(12)O_(19)／聚苯乙烯复合材料的制备  57
  4.3 结果与讨论  57-64
    4.3.1 正交设计及结果分析  57-60
    4.3.2 BaFe_(12)O_(19)／聚苯乙烯复合材料形貌分析  60-61
    4.3.3 BaFe_(12)O_(19)／聚苯乙烯复合材料结构分析  61-62
    4.3.4 BaFe_(12)O_(19)／聚苯乙烯复合材料TG-DSC分析  62-63
    4.3.5 BaFe_(12)O_(19)／聚苯乙烯复合材料力学性能分析  63-64
  4.4 本章小结  64-66
5 纳米磁性Fe_3O_4／聚苯乙烯复合材料的研究  66-73
  5.1 引言  66-67
  5.2 实验部分  67
    5.2.1 原料及试剂  67
    5.2.2 实验仪器  67
    5.2.3 分析表征手段  67
    5.2.4 Fe_3O_4／聚苯乙烯复合材料的制备  67
  5.3 结果与讨论  67-71
    5.3.1 Fe_3O_4／聚苯乙烯复合材料形貌分析  67-68
    5.3.2 Fe_3O_4／聚苯乙烯复合材料红外光谱分析  68-69
    5.3.3 Fe_3O_4／聚苯乙烯复合材料TG-DSC分析  69-70
    5.3.4 Fe_3O_4／聚苯乙烯复合材料磁性能分析  70-71
    5.3.5 Fe_3O_4／聚苯乙烯复合材料力学性能分析  71
  5.4 本章小结  71-73
6 无接触点支撑靶丸磁悬浮理论模型的建立  73-78
  6.1 靶丸悬浮模型建立的理论依据  73
  6.2 充气靶丸质量M的计算  73-74
    6.2.1 磁性靶丸材料密度的测定  73-74
    6.2.2 靶丸自身的质量M_s的计算  74
    6.2.3 DT气体质量M_g的计算  74
    6.2.4 靶丸和DT气体的总质量M  74
  6.3 靶丸在磁场中悬浮模型的建立  74-75
  6.4 靶丸磁悬浮的模拟计算  75-77
    6.4.1 模拟靶丸中BaFe_(12)O_(19)含量与所需悬浮磁场强度的关系  75-76
    6.4.2 模拟靶丸中Fe_3O_4含量与所需悬浮磁场强度的关系  76-77
  6.5 本章小结  77-78
结论  78-81
致谢  81-82
参考文献  82-90
攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果  90

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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