[實用新型]研究含能材料快速反應(yīng)機理的裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320486505.4
• 申請日: 2013-08-12
• 公開（公告）號: CN204359677U
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳旌賀;夏麗莉;李記輝;盧守府;李帥;史金磊
• 申請（專利權(quán)）人: 河南教育學(xué)院
• 主分類號: G01N21/27
• 分類號: G01N21/27
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型的各實施方式涉及光譜測量技術(shù)領(lǐng)域，更具體地涉及研究含能材料快速反應(yīng)機理的裝置。

背景技術(shù)

含能材料是一類本身具有較高能量性能、可釋放大量能量的材料，它在航天、軍工以及其它高科技領(lǐng)域的應(yīng)用尤為廣泛，因此對于含能材料反應(yīng)機理的研究一直是個熱點。要想研究物質(zhì)反應(yīng)機理，就必須要對反應(yīng)過程中的化學(xué)動力學(xué)過程和分解通道進行分析，這主要是依據(jù)中間產(chǎn)物的瞬態(tài)實時測量。在這方面，各種光譜分析技術(shù)可被用來作為探測含能材料原子分子水平的一種手段，它有利于更全面更深入地了解沖擊波作用下物質(zhì)的物性變化及相應(yīng)的機理。

國外是從80年代開始對含能材料分解微觀機理進行研究的。實驗上主要采用分子束質(zhì)譜儀、紫外/可見吸收光譜、自發(fā)拉曼光譜儀、傅立葉轉(zhuǎn)換紅外光譜儀等技術(shù)，但是由于含能材料快速反應(yīng)時間為微秒量級甚至更短，一般的儀器的響應(yīng)時間達不到，因此不能對中間和最終產(chǎn)物隨時間的變化過程進行研究。國外有些機構(gòu)采用激光誘導(dǎo)熒光、高放大率錄象和高速攝影機等技術(shù)，這些方法雖然能鑒別在沖擊壓縮過程中材料內(nèi)部所發(fā)生的物理和化學(xué)過程，但是這些儀器價格昂貴，且有些設(shè)備進口受到限制，一般單位和機構(gòu)很難購買。因此國內(nèi)大都限于熱分析的方法，而熱分析方法是一種在緩慢溫度程序控制下研究材料的轉(zhuǎn)變和反應(yīng)的過程，它并不能真正模擬含能材料在高溫高壓條件下快速反應(yīng)(燃燒、爆炸等)的過程。以上這些原因都極大地限制了含能材料快速反應(yīng)微觀機理的研究工作。

針對由于經(jīng)費和國外對高科技技術(shù)的限制等原因很難成套購買適用于沖擊瞬態(tài)光譜測試設(shè)備的問題，本實用新型通過現(xiàn)有光譜儀器進行組裝使之能夠滿足沖擊光譜實驗的要求，并提出一種以理論模擬和動態(tài)實驗相結(jié)合來研究含能材料快速反應(yīng)機理的新方法和裝置。這種方法不僅可大大減少實驗量，而且能真實模擬含能材料快速反應(yīng)時的狀態(tài)，更貼近實際應(yīng)用。

實用新型內(nèi)容

本實用新型一個目的在于克服現(xiàn)有對沖擊瞬態(tài)光譜測試設(shè)備價格昂貴、進口困難以及對含能材料在極短時間內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)機理較難研究等問題，提供主要由單色譜儀、光電倍增管及示波器組成的沖擊瞬態(tài)光譜測試裝置，并提出一種以理論模擬和動態(tài)實驗相結(jié)合來研究硝銨類含能材料快速反應(yīng)機理的新方法和裝置。

本實用新型為解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：

理論與實驗相結(jié)合是研究含能材料反應(yīng)機理最有效的方法，也是含能材料研究發(fā)展趨勢。因此本項目的研究從實驗研究和理論研究兩個方面進行：

實驗上：利用以激波管為加載工具，由多臺單色譜儀組成的瞬態(tài)譜測試系統(tǒng)，對含能材料快速反應(yīng)的中間產(chǎn)物信號進行同步采集，利用獲取的信號數(shù)據(jù)來修正計算出的反應(yīng)的動力學(xué)特征。

理論上：我們利用化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)軟件計算出我們實驗條件下(溫度和壓強由實驗得出)含能材料快速反應(yīng)的中間產(chǎn)物的反應(yīng)動力學(xué)曲線。并對含能材料快速反應(yīng)的反應(yīng)通道速率(K)：K＝AT^βexp(-E/RT)中的A、β、E給予調(diào)整，使調(diào)整后反應(yīng)動力程序模擬的動力學(xué)特征曲線和實驗測定的主要產(chǎn)物輻射強度的變化曲線的“三點”時間盡量的吻合，這樣修改后得到的反應(yīng)模型可以較為準確的反映出實驗條件下含能材料快速反應(yīng)的真實過程。

根據(jù)本實用新型的第一方法，提供了一種研究含能材料快速反應(yīng)機理的裝置，其特征在于：包括激波管、樣品固定裝置以及單色譜測試系統(tǒng)，其中激波管包括點火裝置、驅(qū)動段充氣口、實驗段充氣口、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、聚乙烯薄膜和光纖出口；樣品固定裝置包括光纖觀察口、高溫管保護的光纖、圓環(huán)底座和樣品袋；單色譜測試系統(tǒng)包括分光裝置、單色譜儀、光電倍增管、電荷放大器、數(shù)字示波器和電纜線。

根據(jù)本實用新型進一步的實施例，樣品固定裝置放在第一壓力傳感器的正下方，以保證壓力傳感器和光纖記錄數(shù)據(jù)的時間同步。

根據(jù)本實用新型進一步的實施例，光纖通過光纖觀察口耦合到樣品固定裝置上，且端面背向沖擊波傳播方向，以防止光纖的誤觸發(fā)，光纖用高溫管和波紋管保護，以免光纖在高溫情況下受到損傷而影響光信號的傳輸。

根據(jù)本實用新型進一步的實施例，激波管長6.00m，內(nèi)徑為10cm；第一壓力傳感器和第二壓力傳感器間隔55cm，第一壓力傳感器距離激波管末端為2.45m。

根據(jù)本實用新型進一步的實施例，選擇帶寬500MHz、四通道的數(shù)字示波器，光譜范圍300-650nm的光電倍增管，反射式單色譜儀，直徑0.9mm的普通石英光纖。