CN106513990A - 含纳米铝球光吸收层适用于1064nm激光的飞片系统及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含纳米铝球光吸收层适用于1064nm激光的飞片系统及制备方法，在透明的基底上，制备聚苯乙烯包裹的纳米金属铝球作为光吸收层，该吸收层在400nm‑2000nm波长范围内对1064nm激光有表面等离子共振作用，能加强对激光能量的吸收。磁控溅射蒸镀或粘贴一层铝膜作为飞片，在飞片后面安装加速膛。吸收层吸收激光能量后气化产生的高温高压等离子体剪切铝膜形成飞片，飞片在加速膛中加速到需要速度。本发明解决了传统铝飞片对激光的吸收率低问题，提高了激光的利用率，有利于实现该技术的广泛使用。

Description

含纳米铝球光吸收层适用于1064nm激光的飞片系统及制备 方法

技术领域

本发明涉及激光驱动飞片技术领域，具体涉及一种含纳米铝球光吸收层适用于1064nm激光的激光驱动飞片系统及制备方法。

背景技术

激光驱动飞片是利用高能激光的烧蚀作用产生高压等离子体驱动飞片做功，该技术具有精度高、瞬发性好、简单安全等特点，在激光起爆、激光推进和动态加压成型等领域具有广泛的应用前景。激光驱动飞片技术中飞片是能量转换的关键部件，它将吸收的高能量激光转换成动能做功。如果直接用激光烧蚀单层飞片，无法准确控制激光烧蚀的深度，容易造成飞片材料的破坏。一般在飞片表面引入一层光吸收层来吸收激光。虽然C、Ge、Ti和复合材料的引入在一定程度上增加了激光吸收效率，提升了飞片的性能，但是这些材料产生等离子比金属铝困难，阻碍了烧蚀层等离子的产生，导致飞片性能没有质的突破。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种含纳米铝球光吸收层适用于1064nm激光的激光驱动飞片系统及制备方法，用于解决传统的多层飞片对激光的吸收率较低的技术问题。

考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以下技术方案：

一种含纳米铝球光吸收层适用于1064nm激光的激光驱动飞片系统，包括透明基底、铝膜和加速膛，所述透明基底表面上设置一聚苯乙烯包裹的纳米金属铝球光吸收层，所述纳米金属铝球光吸收层上设置一层铝膜，所述铝膜上设置一加速膛，所述加速膛压紧所述铝膜，所述加速膛上设置孔。

为了更好地实现本发明，进一步的技术方案是：

根据本发明的一个实施方案，所述透明基底是选自透明玻璃、透明陶瓷或透明晶体中的一种。

根据本发明的另一个实施方案，所述加速膛的材料为不锈钢、铝或铜中的一种。

根据本发明的另一个实施方案，所述聚苯乙烯包裹的纳米金属铝球光吸收层是在所述透明基底上通过自悬浮定向流技术得到。

根据本发明的另一个实施方案，所述聚苯乙烯包裹的纳米金属铝球光吸收层的厚度为1-3μm。

根据本发明的另一个实施方案，所述聚苯乙烯包裹的纳米金属铝球光吸收层上的纳米金属铝球的直径为200-300nm。

根据本发明的另一个实施方案，所述铝膜的含铝纯度大于99％。

根据本发明的另一个实施方案，所述铝膜厚度大于5μm。

根据本发明的另一个实施方案，所述加速膛上的孔(5)的直径为Ф0.4-Ф1.0mm，所述孔的壁厚为0.4mm-1.0mm。

本发明还可以是：

一种含纳米铝球光吸收层适用于1064nm激光的激光驱动飞片系统的制备方法，包括：

步骤一、在无氧环境中采用自悬浮定向流技术制备聚苯乙烯包裹的纳米铝球溶液；

步骤二、将聚苯乙烯包裹的纳米铝球溶液涂于透明基底表面，得到纳米金属铝球光吸收层；

步骤三、将步骤二得到的纳米金属铝球光吸收层进行干燥；

步骤四、在所述纳米金属铝球光吸收层上设置一层铝膜；

步骤五、在铝膜上安装加速膛。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：

本发明的一种含纳米铝球光吸收层的激光飞片系统及制备方法，解决了传统铝飞片对激光的吸收率低问题，提高了激光的利用率，有利于制作出更小、更高效的激光驱动飞片系统，实现了激光驱动飞片技术的广泛使用。

附图说明

为了更清楚的说明本申请文件实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是对本申请文件中一些实施例的参考，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图得到其它的附图。

图1为根据本发明一个实施例的含纳米铝球光吸收层的激光飞片系统结构示意图。

图2是实施例1中制备的光吸收层对光的反射光谱。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1－透明基底，2－聚苯乙烯包裹的纳米金属铝球光吸收层，3－铝膜，4－加速膛，5－孔。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，图1示出了根据本发明一个实施例的含纳米铝球光吸收层适用于1064nm激光的激光驱动飞片系统的结构，一种含纳米铝球光吸收层的激光飞片系统，包括透明基底1、铝膜3和加速膛4，透明基底1可以是透明玻璃、透明陶瓷或透明晶体等，所述透明基底1表面上设置一聚苯乙烯包裹的纳米金属铝球光吸收层2，聚苯乙烯包裹的纳米金属铝球光吸收层2的厚度优选1-3μm，聚苯乙烯包裹的纳米金属铝球光吸收层2上的纳米金属铝球的直径为200-300nm，纳米金属铝球密堆积，纳米金属铝球直径为200-300nm时能和1604nm激光产生表面等离子共振作用，加强对光的吸收；所述纳米金属铝球光吸收层2上设置一层用于产生飞片的铝膜3，铝膜3的含铝纯度大于99％，铝膜3厚度大于5μm，优选5-50μm，铝膜3可通过磁控溅射蒸镀或粘贴在所述纳米金属铝球光吸收层2上，所述铝膜3上设置一加速膛4，所述加速膛4压紧所述铝膜3，所述加速膛4上设置孔5，孔5的直径优选Ф0.4-Ф1.0mm，所述孔5的壁厚优选0.4mm-1.0mm。加速膛4的材料可以为不锈钢、铝、铜等金属，加速膛4采用物理方法压紧铝膜3。本系统中，聚苯乙烯包裹的纳米金属铝球光吸收层2与激光产生表面等离子共振吸收作用，提高了对激光的利用率，在激光作用下纳米铝气化成高温高压的等离子体，后面的铝膜3在高压下通过加速膛4口部的剪切形成铝飞片，铝飞片在加速膛4中加速达到所需要的速度。

一种含纳米铝球光吸收层适用于1064nm激光的激光驱动飞片系统的制备方法，包括：

步骤一、在无氧环境中，纯铝在高频电流作用下融化成液滴，不断的被加热成纳米颗粒悬浮于充满惰性氩气的加热室中，温度1200℃，调控气流速度来调节纳米球大小，在氩气作用下进入含聚苯乙烯的氯仿溶液中，搅拌作用下形成聚苯乙烯包裹的纳米铝球溶液；

步骤二、将聚苯乙烯包裹的纳米铝球溶液涂于透明基底1表面，得到纳米金属铝球光吸收层2；

步骤三、将步骤二得到的纳米金属铝球光吸收层2进行干燥；

步骤四、在所述纳米金属铝球光吸收层2上设置一层铝膜3；

步骤五、在铝膜3上安装加速膛4。

对于以上公开的含纳米铝球光吸收层适用于1064nm激光的激光驱动飞片系统及制备方法，下面以具体的示例进一步说明：

实施例1：选用Ф10×4mm的YAG透明陶瓷为基底，在无氧环境中采用自悬浮定向流技术制备聚苯乙烯包裹的纳米铝球溶液，将溶液涂于陶瓷基底表面，于洁净环境中干燥。对该吸收层的光谱分析发现对1064纳米的光吸收大于80％。干燥后的样品放入磁控溅射腔，以金属铝作为靶材，在上面蒸镀10μm的金属铝。采用不锈钢制备一外径Ф10mm，厚度大约0.4mm的圆片，中心开一个Ф0.8×0.4mm的圆孔为加速膛。加一个外壳将带飞片层的陶瓷基底与用于加速的圆片夹紧。采用1064nm的Nd:YAG激光器作为光源，激光透过透明基底作用在纳米铝吸收层上，通过纳米铝与1064nm激光的表面等离子共振作用加强对激光能量的吸收，纳米铝气化产生高温高压等离子体，后部的铝飞片在高压下通过加速膛剪切形成Ф0.8mm的圆飞片，进而在加速膛中加速，最终速度达到2.62Km/s。本示例制备的光吸收层对光的反射光谱如图2所示。

实施例2：选用Ф15×5mm的蓝宝石晶体为基底，在无氧环境中自悬浮定向流技术制备聚苯乙烯包裹的纳米铝球溶液，将溶液涂于蓝宝石晶体基底表面，于洁净环境中干燥。然后采用硅油将直径Ф14mm，厚度20μm的铝膜粘贴到制备的光吸收层上。采用不锈钢制备一外径Ф15mm，厚度大约0.6mm的圆片，中心开一个Ф0.6×0.4mm的圆孔为加速膛。加一个外壳将带飞片层的陶瓷基底与用于加速的不锈钢圆片夹紧。采用1064nm的Nd:YAG激光器作为光源，激光透过透明基底作用在纳米铝吸收层上，通过纳米铝与1064nm激光的表面等离子共振作用加强对激光能量的吸收，纳米铝气化产生高温高压等离子体，后部的铝飞片在高压下通过加速膛剪切形成Ф0.6mm的圆飞片，进而在加速膛中加速，最终速度达到1.94Km/s。

本发明利用铝纳米粒子的表面等离子共振特性，将飞片的光吸收层制备成铝的纳米球密堆积的结构，使其与1064nm激光产生表面等离子共振吸收效应，提高激光吸收，促进激光驱动飞片技术的进步。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (10)

1.一种含纳米铝球光吸收层适用于1064nm激光的激光驱动飞片系统，其特征在于包括透明基底(1)、铝膜(3)和加速膛(4)，所述透明基底(1)表面上设置一聚苯乙烯包裹的纳米金属铝球光吸收层(2)，所述纳米金属铝球光吸收层(2)上设置一层铝膜(3)，所述铝膜(3)上设置一加速膛(4)，所述加速膛(4)压紧所述铝膜(3)，所述加速膛(4)上设置孔(5)。

2.根据权利要求1所述的含纳米铝球光吸收层适用于1064nm激光的激光驱动飞片系统，其特征在于所述透明基底(1)是选自透明玻璃、透明陶瓷或透明晶体中的一种。

3.根据权利要求1所述的含纳米铝球光吸收层适用于1064nm激光的激光驱动飞片系统，其特征在于所述铝膜(3)通过磁控溅射蒸镀或粘贴在所述纳米金属铝球光吸收层(2)上。

4.根据权利要求1所述的含纳米铝球光吸收层适用于1064nm激光的激光驱动飞片系统，其特征在于所述加速膛(4)的材料为不锈钢、铝或铜中的一种。

5.根据权利要求1所述的含纳米铝球光吸收层适用于1064nm激光的激光驱动飞片系统，其特征在于所述聚苯乙烯包裹的纳米金属铝球光吸收层(2)的厚度为1-3μm。

6.根据权利要求1所述的含纳米铝球光吸收层适用于1064nm激光的激光驱动飞片系统，其特征在于所述聚苯乙烯包裹的纳米金属铝球光吸收层(2)上的纳米金属铝球的直径为200-300nm。

7.根据权利要求1所述的含纳米铝球光吸收层适用于1064nm激光的激光驱动飞片系统，其特征在于所述铝膜(3)的含铝纯度大于99％。

8.根据权利要求1所述的含纳米铝球光吸收层适用于1064nm激光的激光驱动飞片系统，其特征在于所述铝膜(3)厚度大于5μm。

9.根据权利要求1所述的含纳米铝球光吸收层适用于1064nm激光的激光驱动飞片系统，其特征在于所述加速膛(4)上的孔(5)的直径为Ф0.4-Ф1.0mm，所述孔(5)的壁厚为0.4mm-1.0mm。

10.一种如权利要求1所述含纳米铝球光吸收层适用于1064nm激光的激光驱动飞片系统的含纳米铝球光吸收层适用于1064nm激光的激光驱动飞片系统的制备方法，其特征在于包括：

步骤一、在无氧环境中采用自悬浮定向流技术制备聚苯乙烯包裹的纳米铝球溶液；

步骤二、将聚苯乙烯包裹的纳米铝球溶液涂于透明基底(1)表面，得到纳米金属铝球光吸收层(2)；

步骤三、将步骤二得到的纳米金属铝球光吸收层(2)进行干燥；

步骤四、在所述纳米金属铝球光吸收层(2)上设置一层铝膜(3)；

步骤五、在铝膜(3)上安装加速膛(4)。