Page 3 - 《含能材料》火工品技术合集 2015~2019

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）