alni和alti纳米含能薄膜材料的制备及其性能研究

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1、万方数据博士学位论文AI／Ni和AI／Ti纳米含能薄膜材料的制备及其性能研究作者：杨程指导教师：沈瑞琪教授南京理工大学2014年9月万方数据Ph．D．DissertationlIlllIlllIIlllllIUIY2976538StudyonFabricationandPerformancesofAl／NiandAI／TiMultilayerEnergeticFilmsByChengYangSupervisedbyPr西RutqiShenNanjingUniversityofScience&Tech

2、nologySpetmber，2014万方数据声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。弘脚年11月f舻日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论

3、文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名：垫堡≯I斗年IIFJf汨万方数据博士论文AI／Ni和A㈣纳米含能薄膜材料的制备及其性能研究摘要AI／Ni、A1／Ti纳米含能薄膜材料是一类新型含能材料，在外界能量激励下可发生合金化反应，释放出大量的反应热。基于此制备的纳米含能桥膜具有更高的输出能量，可以提高换能元的点火能力、发火的可靠性以及火工品的安全性。本文主要研究了多层A1／Ni、AI／Ti纳米含能薄膜的最佳制备工艺、化学反应性和电爆炸特性，取得一定的研究进展，为A1／N

4、i和Al／Ti含能桥膜换能元的实际应用奠定基础。利用FE—SEM对Ni、Ti薄膜表面形貌进行表征，最终确定了Ni薄膜的最佳制备工艺条件为：溅射气压为0．4Pa，溅射功率为150W；Ti薄膜的最佳制备工艺条件为：溅射气压为0．4Pa，溅射功率为150W。测得了最佳制备工艺条件下Ni和Ti薄膜的沉积速率分别约为7．6nlTl·min一和5．0nln·min～。磁控溅射法沉积的A1／Ni纳米含能薄膜表面平整，成膜颗粒均匀致密。调制周期分别为50nm、100nm和200nm的A1／Ni纳米含能薄膜层状结构清

5、晰。三种不同调制周期的AI／Ni纳米含能薄膜中的Al薄膜和Ni薄膜均为晶体结构，m薄膜主要沿着AI(111)晶面生长，Ni薄膜主要沿着Ni(111)晶面生长。A1／Ti纳米含能薄膜表面也很平整，薄膜颗粒均匀致密。A1门ri纳米含能薄膜中A1薄膜主要沿着AI(111)晶面生长，而Ti薄膜主要沿着Ti(110)晶面生长。三种调制周期的A1／Ni纳米含能薄膜的DSC曲线规律相同，均出现了三个主要的放热峰，对应的温度区间分别为500K一530K、570K-650K和670K．730K，且每个放热峰峰值对应的

6、温度随着调制周期的增大呈现上升的趋势。调制周期为50nm、100nm和200ran的AI／Ni纳米含能薄膜的反应放热量分别为389．43J／g、396．69J／g和409．92J／g。反应后的多层AI／Ni纳米含能薄膜XRD测试结果表明：当Al和Ni的原子比为1比1时，三种调制周期的多层A1／Ni纳米含能薄膜的最终反应产物均为A1Ni，与调制周期无关。采用Kissinger法和Ozawa法计算得到三种调制周期的A1／Ni纳米含能薄膜每个放热峰的活化能，两种方法得到的活化能呈现的规律一致，每种调制周期

7、下A1／Ni纳米含能薄膜三个放热峰的活化能随着峰值温度的增大均依次升高，且不同调制周期的AI／Ni纳米含能薄膜对应的放热峰活化能都比较接近。三种调制周期的A1／Ti纳米含能薄膜的DSC曲线规律也基本相同，均出现了两个主要的放热峰，对应的温度区问分别为720K一770K和950K一970K。调制周期为50nm、100nm和200nm的A1／Ti纳米含能薄膜的反应放热量分别为457．99J／g、493．42J／g和696．81J／g。反应后的XRD测试结果表明：当Al和Ti的原子比为1比1时，三种调制周

8、期的多层AI／Ti纳米含能薄膜的最终反应产物均为万方数据摘要博士论文A1Ti，与调制周期无关。采用Kissinger法和Ozawa法计算得到三种调制周期的AI／Ti纳米含能薄膜的活化能所呈现的规律基本一致，每种调制周期的A1／Ti纳米含能薄膜的第一个放热峰的活化能均大于第二放热峰的活化能。A1／Ni和A1／Ti系列纳米含能桥膜的爆发时间与电压之间的关系规律一致，并且等离子体持续时间与电压之间的关系也规律一致。桥膜的爆发时间随着电压的增大而降低，而等离子体持续时问随着电