不同气压下银纳米粒子增强激光诱导等离子体信号

基于激光诱导击穿光谱技术实现带电检测真空开关真空度亦成为趋势,该技术可以达到10^(-3)Pa的检测能力。然而,现有激光诱导击穿光谱技术(LIBS)存在检测限较高、灵敏度较低等问题,因此提出一种基于金属纳米粒子的增强技术来提高真空开关真空度带电检测精度。通过在样品表面涂覆银纳米粒子层,降低激光击穿阈值,提升信号谱线强度。研究了不同气压下激光诱导等离子体信号随延迟时间以及试剂浓度的变化规律,研究结果表明,银纳米粒子在常气压下对信号增强可达1~2个数量级,且浓度越高,增强效果越好。在低气压下,银纳米粒子的信号增强达到1~2倍,随着气压降低,增强倍数先增大后减小,且等离子体被激发时间早于大气压下。银纳米粒子对背景噪声辐射强度没有显著影响,因此使用银纳米粒子可以有效提高等离子体信号的信噪比,对真空开关真空度带电检测起到一定优化作用。

基于激光诱导等离子体的真空开关真空度检测稳定性研究

基于激光诱导等离子体成像的真空开关真空度检测方法是一种非接触式真空度检测方法,有望实现安全可靠的真空开关真空度带电检测。但是,激光诱导等离子体的演化是一个十分复杂的物理过程,激光能量、等离子体测量延迟时间等因素直接影响了等离子体成像,对等离子体成像稳定性的影响需要进行更加深入的研究。为此采用相对标准偏差研究了等离子体成像平均次数、激光能量和等离子体测量延迟时间等对等离子体图像和等离子体辐射强度积分稳定性的影响。结果显示,多次成像平均得到的等离子体图像和辐射强度积分不随平均次数发生明显变化,可用于表征真空度。更重要的是,等离子体辐射强度积分的相对标准偏差随平均次数和激光能量的增加而单调下降,随延迟时间的增加而增大,这意味着对等离子体进行多次成像平均,增加激光能量,减小等离子体成像的延迟时间可以提高等离子体辐射强度积分的稳定性,有利于提高真空度检测精度。该研究为基于激光诱导等离子体成像的真空开关真空度检测方法的参数优化提供了指导,为该方法的实际工程应用奠定了实验基础。

基于激光诱导等离子体的Mach⁃Zehnder干涉法测量气体介质恢复特性的研究

在高压电器中,灭弧气体的应用十分广泛,气体的灭弧性能与其恢复特性息息相关。对于气体介质的灭弧性能测量,已有理论研究中的建模仿真方法以及一些直接或间接的测量电子密度的手段都存在较明显的缺点。为解决这一问题,文中通过Mach⁃Zehnder干涉法可以较为精确地测量出弧后各时间点的电子密度这一研究气体介质恢复特性的关键参数。同时考虑到断路器结构下新型气体介质测量成本高昂,文中设计了基于激光诱导等离子的气体介质恢复特性测量实验。通过该实验,对SF_(6)、CO_(2)和N_(2)的电子密度衰减特性进行测量,其电子密度的衰减速率特征值为SF(61)>CO(20.77)>N(20.72),并与已有结论进行对比,验证了该方法的可行性。

激光诱导等离子体加工蓝宝石微结构及其润湿性

激光诱导等离子体刻蚀技术在蓝宝石表面微结构制作方面具有独特的优势。通过控制变量法研究了激光能量密度、靶材和蓝宝石之间的距离和扫描速度对激光诱导等离子体加工蓝宝石微槽的微观形貌和几何尺寸的影响规律。通过正交试验研究了激光诱导等离子体工艺参数对蓝宝石表面微结构接触角的影响,发现扫描线间距对接触角的影响最大,靶材和蓝宝石之间的距离和激光能量密度次之,扫描速度的影响最小。当激光能量密度为6.3 J/cm^(2),扫描线间距为200μm,靶材和蓝宝石之间的距离为150μm,扫描速度为10 mm/s时,蓝宝石表面微结构的接触角为136°,表现出良好的疏水性;当激光能量密度为7.4 J/cm^(2),扫描线间距为50μm,靶材和蓝宝石之间的距离为100μm,扫描速度为5 mm/s时,蓝宝石表面微结构的接触角为29°,具有较好的亲水性,并且长时间放置后表面接触角基本保持不变。通过扫描电镜观察发现,蓝宝石表面的微结构上分布着许多纳米颗粒,这些微纳结构共同影响蓝宝石的润湿性。

微波诱导等离子体技术制备rGO@S复合正极及其在高倍率锂硫电池中的应用

锂硫电池具有高能量密度、低成本和环境友好等优势,有望满足市场日益增长的需求。然而,其正极材料中的活性物质硫存在溶解穿梭等问题,限制了锂硫电池的大规模应用。本文利用氧化石墨(GO)作为碳源、升华硫作为硫源,通过微波诱导等离子体技术(MIP)快速高效(30-40 s)地制备得到了还原氧化石墨烯负载硫纳米颗粒锂硫电池复合正极材料(rGO@S),其中,rGO褶皱卷曲、相互连接的层片状结构,有利于电解液中的锂离子向电极材料中扩散和迁移,同时有利于提高电极材料的导电性,且rGO上的含氧官能团也能够起到对硫纳米颗粒的固定作用,有利于电极材料循环稳定性的提升。得益于其独特的形貌结构,rGO@S在电池测试中表现出优异的倍率性能和良好的循环稳定性。在0.1 A·g^(-1)的电流密度下,rGO@S的可逆比容量为1036 mAh·g^(-1),当电流密度增大到8 A·g^(-1)其可逆比容量仍高达832 mAh·g^(-1),且经过8 A·g^(-1)的超大电流密度充放循环,当电流密度回到0.1 A·g^(-1)时,其可逆比容量迅速恢复至1040 mAh·g^(-1),几乎没有容量衰减。

激光诱导等离子体光谱元素成像技术研究进展及其在核材料检测领域的应用

激光诱导等离子体光谱(LIPS)元素成像技术以其具备测量不受辐射本底影响、测量速度快、样品制备相对简单、可远程分析放射性样品等优势在核材料检测领域展现出巨大的潜力。对激光诱导等离子体光谱元素成像技术的成像系统和数据处理两个方面进行综述,并对其研究进展和在核材料检测领域的应用进行综合分析,总结LIPS元素成像技术的优势与面临的挑战,对LIPS元素成像技术在核材料检测领域的发展趋势进行了展望。

激光诱导等离子体光学诊断方法研究综述

激光诱导等离子体是多种工业应用领域的研究热点,然而到目前为止人们对其基本物理过程的认识仍不完善。为此,综述了当前常用的激光诱导等离子体的光学诊断方法,从自辐射探测、关键参数计算、空间折射率分布等角度,分别从原理和技术方面介绍了基于ICCD和条纹相机的可见光快速照相、发射光谱分析、激光阴影/纹影成像、激光干涉、以及汤姆逊散射等方法,并比较了不同诊断方法的优缺点。结合激光诱导等离子体自身的特点,分别指出了使用不同诊断方法时值得注意的地方,以及使用激光阴影、纹影和干涉成像时对激光探针参数的选择依据。给出了几种实验诊断方法的典型结果,并进行了结果的分析与讨论。结果表明:快速照相技术有助于获得直观的等离子体演化图像,而可见光谱诊断则可较为方便的定量获得等离子体特征参数;通过使用激光探针了等离子体的折射率场,有助于进一步分析其空间密度分布;而发展汤姆逊散射诊断技术,则能够获得更为准确和丰富的等离子体微观信息。需要注意的是,当利用可见光谱诊断技术计算分析等离子体参数时,要考虑特定时空环境下等离子体热平衡态的影响;使用激光探针诊断等离子体的折射率场时,要根据具体的等离子体对象选择合适的激光波长、能量、脉宽等探针参数。在未来的研究中,通过综合运用快速照相、空间光谱诊断和激光探针技术,可望进一步深入掌握等离子体中多组分粒子行为以及微观热平衡态的时空演化关系。

环境气氛对高能量激光诱导等离子体辐射特性的影响

采用高能量钕玻璃激光器 (～ 2 5J)激发诱导金属等离子体 ,研究了环境气体及其压力对等离子体辐射特性的影响。实验结果表明 ,相同压强下 ,氩气中等离子体的谱线强度明显高于空气中等离子体的谱线强度 ;0 .8× 10. 5Pa氩气条件下 ,光谱标钢等离子体的谱线强度达到了最大值 ;随着环境气压的增大 ,谱线自吸明显增强 ,当环境气压达到 (0 . 8～ 0 . 93)× 10 5Pa时 ,标样铝的AlⅠ 30 8 2 2nm和AlⅠ 30 9 2 7nm两条谱线产生了严重自蚀 ;另外 ,等离子体的激发温度也随环境气压的增大而增大 ,0 . 93× 10 .5Pa氩气条件下标钢等离子体的激发温度相对于 0 .4 3× 10. 5Pa时升高了近 15 0 0K。

激光诱导等离子体的实验研究及其在光谱分析中的应用

综述了近几年国内外在激光诱导等离子体方面的实验研究进展 ,及其在光谱分析中的应用。着重阐明了在不同的条件下 (气体种类、环境气压、激光能量、波长、脉宽、功率密度、观测高度 )激光诱导等离子体的形成、辐射、电子温度、电子密度和扩散速度方面的实验研究 ;另外 ,激光诱导等离子体用于物质成分分析中 ,主要阐述了直接采集等离子体的辐射进行固态、液态和气态样品的分析以及激光烧蚀与ICP光源联用进行的光谱化学分析两个方面 。

磁约束技术对激光诱导等离子体辐射特性的影响

为了提高激光诱导击穿光谱质量,利用Nd:YAG激光器烧蚀土壤样品,研究了磁场作用下的激光诱导等离子体辐射特性。实验结果表明,在相同激光输出能量条件下,随着磁场强度的增大,等离子体的辐射强度逐渐增强。计算可知,当采用的磁场强度为0.5T时,样品元素Al,Fe,Ba和Ti的光谱线强度比无磁场作用时的分别增强了52.35%,46.64%,64.01%和51.73%,光谱信噪比分别提高了45.44%,69.64%,40.26%和41.33%;而等离子体的电子温度和电子密度分别提高了1 355.01K和0.53×1016cm-3。可见,利用磁场约束等离子体的技术是提高激光光谱质量的一种有效方法。

激光诱导等离子体光谱技术应用于月球探测的可行性研究

阐述了激光诱导等离子体光谱技术的物理机制,分析了气压影响激光诱导等离子体光谱探测的机制和规律,建立了低气压环境下进行激光诱导等离子体光谱探测的试验装置,开展了不同等级低气压环境下的试验研究,通过试验数据具体量化了气压对激光诱导等离子体光谱探测的影响,进而论证了激光诱导等离子体光谱技术应用于月球探测的可行性.

用于激光诱导等离子体光谱分析的便携式中阶梯光栅光谱仪设计(英文)

激光诱导等离子体光谱分析技术是一种非接触式实时检测技术,它已成为一种新兴的物质成分与浓度分析手段,并在工业生产等领域有着重要应用。为了使激光诱导等离子体光谱分析技术在极短的时间内同时获得全面的光谱信息,本文设计了一款波段范围为180～400 nm的轻小型中阶梯光栅光谱仪。通过分析其光学性能,确定了系统的结构参数,并对像差进行了分析校正。对汞灯特征光谱进行了测试标定,仪器光谱分辨率在253.652 nm处可达0.036 8 nm,满足激光诱导光谱分析技术对仪器光学性能的需求。

外加静电场下激光诱导等离子体电子、离子特性的实验研究

从局部热平衡等离子体的一价铝离子速度服从麦克斯韦 玻尔兹曼分布出发 ,导出了电流信号的时间演化函数 ,通过对实验曲线拟合 ,得到激光诱导铝等离子体中一价铝离子的平动温度。实验研究了电流信号强度与外加电压之间的关系。

基于激光诱导等离子体光路复用技术的真空开关真空度检测研究

真空开关是一种以真空作为绝缘介质的开关设备,其绝缘性能取决于其核心部件真空灭弧室的真空度。尽管真空开关已有50多年的发展历史,但真空开关真空度在线监测依然是一个国际性难题,现有技术手段无法实现可靠的在线监测。为此提出了基于激光诱导等离子体光路复用的真空开关真空度检测方法,获得了同轴成像条件下激光诱导等离子体辐射强度积分随真空度变化的规律,实验结果表明10^(-4)~1 Pa范围内等离子体辐射强度积分随真空度单调递减,可用于真空度的表征。针对关键实验参数,研究了延迟时间和激光能量对真空度检测性能的影响,获得了较优的装置设计参数。进一步地利用激光等离子体同轴成像的方法研究了激光等离子体的稳定性,计算了各个气压下激光等离子体辐射强度积分的变异系数,结果显示各气压下激光等离子体辐射强度积分变异系数最大为0.0851,说明激光等离子体具有良好的稳定性和可重复性。

气相色谱微波诱导等离子体原子发射光谱检测器对C,P,Si,Sn,B和I元素的响应特性的研究

以微波诱导等离子体作为气相色谱的原子发射光谱检测器,在优化实验参数的基础上,考察了该检测器对有机化合物中的C,P,Si,Sn,B和I元素的响应特性(检出限、线性范围和精密度)。结果表明:该检测器在仪器成本、功率消耗和气体消耗等方面明显优于气相色谱 电感耦合等离子体 原子发射光谱检测器(GC ICP AED)。对各元素测定的检出限优于GC ICP AED约1个数量级,尤其适合于B和I元素的测定。通过对不同种类有机化合物中碳元素相对响应值的测定,初步探讨了该等离子体光源对有机化合物的碎片原子化程度及其规律以及相应的响应机理。结果表明:以氩气为工作气体的surfatron器件作为等离子体光源时,有机化合物中碳元素的响应与化合物的结构有一定的关系。

激光诱导等离子体加工石英微通道的损伤模型

利用调Q的Nd∶YAG激光器输出的纳秒激光脉冲诱导等离子体加工石英微通道,加工深度可达4.2 mm,通道内壁光滑。本文对激光脉冲与物质相互作用的移动损伤模型进行了研究,建立了适用于纳秒激光脉冲诱导等离子体加工石英微通道的损伤模型,利用损伤模型分析了通道特点,模型结果与实验结果基本相符。

平面反射镜装置对激光诱导等离子体辐射特性的影响

为获得高质量的发射光谱,提出了一种平面反射镜装置,研究了在平面反射镜装置条件下的激光诱导等离子体辐射特性。实验结果表明,相同的激光输出能量条件下,在等离子体周围放置由三块平面反射镜组成的装置以后,土壤样品中元素Mg,Fe,Ba,Ti和Al的光谱线强度比常态下的分别增大了116.2%,96.43%,90.93%,102.1%和98.57%,信噪比分别提高39.17%,32.48%,38.07%,39.95%和21.30%。通过测量激光等离子体参数,解释了平面反射镜装置对等离子体辐射增强的机理。这种简便易行的方法是改善激光诱导击穿光谱技术检测能力的有效途径。

激光诱导等离子体光谱法(LIPS)测定不锈钢中微量元素

激光诱导等离子体光谱技术(LIPS)是一种非接触式实时检测技术,将其用于对钢铁成分检测,可满足大型钢铁企业高速化、连续化、自动化生产要求。以波长为1064nm的Nd∶YAG调Q固体激光器为激发光源,ICCD为探测器,标准不锈钢1Cr18Ni9Ti系列为样品在建立的LIPS实验装置上对样品中微量金属元素铝、锰、钴、钼和钛的含量进行了测量。实验中通过对ICCD工作的延迟时间和积分时间的合理设置得到高信噪比的谱线信号,在光谱数据处理时采用了基于基体效应的内标法。实验结果显示,测量元素的浓度与定标元素铁的浓度之比与它们的谱线强度之比均呈很好的线性关系,测试的五种微量元素探测极限不大于150μg.g-1。

金属材料的激光诱导等离子体光谱法成分分析的实验研究

以波长1064 nm的Nd:YAG调Q激光束为激发光源,对铜、镁铝合金和钢等金属材料的激光诱导等离子体光谱(Lips)进行了实验探测,并分析了延迟时间、环境气体等因素对元素光谱特性的影响。适当的延迟时间和氩气环境能显著地改善谱线的信噪比,从而提高元素含量分析的精度。

再加热双脉冲激光诱导等离子体的时空演变特性研究

为了研究再加热双脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)对信号的增强机制,分别采用单脉冲LIBS和再加热双脉冲LIBS两种方式烧蚀合金钢样品产生等离子体,利用高分辨率的中阶梯光栅光谱仪采集等离子体发射光谱信号,同时用快速成像ICCD相机观测等离子体形态的变化,研究了两种烧蚀方式下等离子体的时空演变特性。通过比较两种烧蚀方式下等离子体产生初期光谱信号和图像的时间演变规律,发现再加热双脉冲LIBS提高了等离子体温度,且当信号采集延时等于再加热双脉冲的脉冲间隔时,等离子体温度的衰减速率发生变化;再加热双脉冲LIBS使等离子体图像强度增加,等离子体的中心区域高度和宽度分别增大了23.5%和15.1%。空间分布的研究结果表明,与单脉冲LIBS相比,当到样品表面的距离大于0.6mm时,等离子体中的FeⅡ和NⅠ谱线强度有较明显的增强,而FeⅠ谱线在空间不同位置处的增强程度都较小,局部区域有减小的现象;再加热双脉冲LIBS使等离子体温度增加了约2 000K,等离子体中产生了一个较大的高温区域。综合时空演变的实验结果说明再加热双脉冲对光谱信号增强的机制主要是由于第二束激光对第一束激光烧蚀样品产生的等离子体再次激发,使等离子体温度增加,进而引起等离子体辐射强度增加。