高温及等离子体环境下液态锡与钨筛网的相容性研究

本文利用真空管式炉和四川大学直线等离子体与材料表面相互作用平台（SCU-PSI）, 探究了静态高温以及高密度氢等离子体环境下液态锡（Sn）对钨基多孔筛网结构（CPS）的润湿及腐蚀行为. 实验结果发现,在静态高温环境下液态Sn润湿钨筛网（4层150目）的阈值温度为950 ℃,且随着实验温度升高,润湿效果越好. 当实验温度达到1050 ℃时,在钨筛网表面观察到大量SnO2棒状结构. 这种棒状结构可能是由于管式炉中存在少量的氧气,在高温作用下Sn和氧气发生反应生成SnO2纳米晶. 当液态Sn-CPS结构进一步被离子通量为7.71×1022 m-2*s-1和热负荷为54.55 kW*m-2 的氢等离子体辐照时,钨筛网出现大面积断裂,形成丝状结构;而在没有液态Sn润湿的情况下,钨筛网表面没有出现类似损伤. 这可能是在高密度氢等离子体辐照作用下,氢等离子体与SnO2的协同作用加剧了钨筛网的损伤,造成了钨丝硬化断裂. 本文的实验结果为未来液态Sn-CPS在聚变装置中的实际应用提供了一定的参考.     

氢等离子体特性及其对钨的辐照行为研究

本文依托四川大学直线等离子体装置(SCU-PSI)产生高通量氢等离子体,采用朗缪尔探针对氢等离子体特性进行诊断,研究了氢等离子体特性随放电电流、气体流量等输入条件的演变规律;并利用调控产生的氢等离子体对纯钨进行了相应的辐照研究. 实验结果显示, 在磁场0.1~0.2 T、气流量1 000~2 200 sccm和电流180~228 A范围内,氢等离子体通量密度、热负荷密度及电子密度、温度等参数与磁场和电流呈正相关关系,而与气体流量呈负相关关系. 在该范围内,最高等离子体密度达到2.6×1019 m-3,等离子体通量达到8.8×1022 m-2?s-1,热负荷达到6.5×104 W/m2. 利用调控产生的等离子体对纯钨样品进行初步辐照实验,结果显示随着入射等离子体特性的不同,样品表面出现不同程度的尺寸和密度不均匀颗粒状辐照损伤结构,并且颗粒尺寸随氢等离子体离子通量的增加而增大. 本文结果显示SCU-PSI可以产生理想的氢等离子体环境,因此可以作为未来聚变领域,研究氢等离子体和托卡马克装置面向等离子体材料钨以及相应结构材料相互作用的有效实验装置.     

高通量氢等离子体对CX-2002U碳复合材料的化学侵蚀研究

针对HL-2M偏滤器等离子体对碳材料的侵蚀问题，通过使用直线等离子体装置(SCU-PSI)模拟偏滤器的工况以探究高通量氢等离子体对CX-2002U碳纤维复合材料的侵蚀行为，从而为此材料能否用于HL-2M装置的偏滤器提供依据. 在通量恒定(1.48×1023 m-2s-1)的条件下，通过研究不同辐照时间下氢等离子体对样品的化学侵蚀发现，氢等离子体对样品的侵蚀是一个随时间周期变化的过程. 此外，通过在氢气中混入杂质气体探究了杂质对氢等离子体侵蚀样品的影响并发现，氢等离子体中的杂质通过侵蚀沉积在样品表面的碳颗粒以增强其对样品的侵蚀.     

氩等离子体与预辐照钨基Li-CPS结构相互作用研究

本文利用四川大学直线等离子体发生装置（SCU-PSI）研究了不同入射能量的氦（He）等离子体对钨筛网的辐照行为以及氩（Ar）等离子体与预辐照液态锂（Li）钨基多孔筛网结构（CPS）的相互作用．实验结果表明,在不同入射能量的He等离子体辐照后,钨筛网表面形貌出现明显的辐照损伤,并且随着入射能量增加,钨筛网初始平整的表面形貌逐渐变为纳米针孔结构,最终转变为纳米绒毛结构．用相同He等离子体参数辐照钨块材,发现钨筛网产生辐照损伤的阈值显著低于钨块材．利用Ar等离子体对预辐照的钨基Li-CPS结构进行辐照实验．结果显示,预辐照Li-CPS靶板Li液面非常不稳定,在表面形成Li液滴并喷射到等离子体内部．而且靶板表面温度异常升高,比不存在辐照损伤的钨基Li-CPS结构高400℃左右．之后对Ar等离子体辐照后的预辐照Li-CPS结构的表面形貌进行SEM分析,发现由于比表面积增加,使得钨筛网表面绒毛结构被液态Li腐蚀．     

等离子体-气体渗透装置中静态液态锂-固态金属膜双层结构Li/Fe的氢渗透行为研究

在未来聚变堆中,氚透过第一壁的渗透和滞留行为是影响氚自持以及装置核安全的重要问题．针对这一问题,四川大学先进核能实验室自主设计了可以研究气体和等离子体驱动的氢同位素在静态/流动液态金属中渗透行为的装置．本文详细地介绍了该装置,并分别研究了在气体驱动和等离子体驱动这两种渗透机制下,氢透过静态双层渗透结构Li/Fe的渗透行为．从实验结果中发现,温度的升高会使得气体驱动的氢渗透通量升高,且到达稳态的时间缩短．ICP等离子体源功率增大,引起氢等离子体密度增大,也会使得等离子体驱动的氢渗透通量升高．气体驱动渗透到达稳态的时间远小于等离子体驱动渗透到达稳态的时间．本文还通过迟滞时间法计算得到了两种不同渗透驱动机制下氢原子在Li/Fe中的扩散系数．实验结果表明,该渗透装置可以较好地对氢同位素在液态金属中的渗透行为进行研究．     

退役三元NCM锂离子电池正极材料资源化回收研究进展

三元镍钴锰酸锂(NCM)电池是一种重要的锂离子电池,具有广阔发展前景和应用价值.本文概括了三元锂离子电池相比传统电池具有的优点,分析了三元电池的组成部分,重点综述了三元正极材料不同回收方法与反应机理,并对NCM三元锂离子电池应用前景作出展望,结合技术创新研发项目的新型工艺路线,有效解决了现有回收方法存在的正极活性物质与铝箔分离困难,以及容易产生二次废液的问题.     

BaLiF_3晶体的弹性及热力学性质研究

运用第一性原理赝势平面波密度泛函理论的方法,结合准谐德拜模型,对钙钛矿结构BaLiF_3晶体的弹性及热力学性质进行研究.以优化结构为基础,计算了在p=0GPa、T=0K条件下,BaLiF_3晶体的晶格常数、弹性常数、体弹模量和剪切模量,它们与实验值及其他理论值相符很好.计算了BaLiF_3晶体在零压下的B/G值,根据晶体力学稳定条件得出BaLiF_3的相变点约为186GPa.利用准谐德拜模型,计算得到BaLiF_3在300K的德拜温度,并得到BaLiF_3的体积、热容、热膨胀系数α、相对德拜温度与温度和压强的关系.在高温时,其热容接近Dulong-Petit极限.     

RbCaCl3晶体的弹性及热力学性质研究

运用第一性原理赝势平面波密度泛函理论的方法,并结合准谐德拜模型,对钙钛矿结构RbCaCl_3晶体的弹性性质和热力学性质进行研究。以优化的结构为基础,计算了在P=0GPa、T=0K条件下,RbCaCl_3晶体的晶格常数、弹性常数、体弹模量B和剪切模量G,与实验值符合较好;同时计算了RbCaCl_3晶体在零压下的B/G值,根据晶体力学稳定性条件首次推测出RbCaCl_3的相变压强约为10.5GPa。利用准谐德拜模型,计算得到RbCaCl_3在300K的德拜温度,并得到RbCaCl_3的相对体积、热容、热膨胀系数及德拜温度与压强和温度的关系;在高温时,其等体热容Cv接近于Dulong-Petit极限。     

纳米CuAl2-A1复合微粉热稳定性的研究

作者根据惯性约束聚变（ICF）靶材料研究的需要，采用自悬浮定向流法制备了金属间化合物CuAl2-A1纳米复合微粉．经TEM和XRD检测表明所制备的纳米颗粒基本呈球形，粒径分布在30-50nm之间，颗粒的主要组成相为CuAl2，并有少量的Cu9Al4和Al．CuAl2复合纳米微粒热稳定研究所采用的退火方案基于DTA实验数据，实验表明在DTA曲线中的548℃和769℃处的吸热峰对应着Cu9Al4向CuAl2的相转变，并伴随着一定程度的晶粒尺寸长大，并且热处理前后样品的相结构和晶粒尺寸变化的结果表明，所制备的CuAl2纳米复合微粒具有良好的热稳定性，可以用于780℃甚至更高温度下进行加工．     

银溶胶中水杨酸吸附行为的实验和密度泛函理论研究

从实验上获得了水杨酸(salicylic acid,SA)的常规拉曼散射(Normal Raman Scattering,NRS)光谱以及其吸附在Ag纳米颗粒上的表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman Scattering,SERS)光谱.应用密度泛函理论(Density functional theory,DFT)在B3LYP/6-31+G**(C、H、O)和LANL2DZ(Ag)基组水平上对SA分子进行了结构优化,并计算了SA分子的NRS光谱以及其吸附在Ag纳米颗粒上两种不同构型体系的SERS光谱.通过理论结果与实验值对比,发现SA分子通过羧基吸附构型比羧基与羟基共同吸附构型的计算结果与实验值符合得更好.最后,利用Gauss View可视化软件对其振动模式进行了详细指认.经分析得出:在银溶胶中,SA分子是通过羧基倾斜地吸附在银纳米颗粒表面的.