基于MEMS技术的薄膜换能元及其电爆性能研究
发布时间：2021-02-21 10:08
薄膜换能元作为一类新型的薄膜桥式火工品,具有起爆能量低、安全性高、可靠性好、微型化等优点。本论文针对现有的金属薄膜桥能量转换效率偏低、能量输出不高的问题,采用电能和化学能相结合的思路,开展了Al/Ni、类PTFE/Al和B/Ti三种纳米反应多层薄膜的制备及性能研究,并利用薄膜工艺和MEMS技术制备了适用于爆炸箔起爆系统的Cu-Al/Ni、Cu-Al/PTFE、Cu-B/Ti以及适用于微点火系统的TaN-B/Ti薄膜换能元,系统地研究了四种薄膜换能元的电爆性能。论文的主要研究内容和结论如下:1.研究制备了厚度均匀、周期性层状结构明显的Al/Ni纳米反应多层膜,调制厚度为500 nm（Al,300 nm;Ni,200 nm）的Al/Ni纳米反应多层膜的起始反应温度约为220℃,反应过程中的总放热量约为887.4 J/g。利用MEMS技术将Al/Ni纳米反应多层膜集成在Cu爆炸箔上,并加厚桥区两端焊盘,设计制备了焊盘区域同时与Cu薄膜桥和Al/Ni纳米反应多层膜均导通的“全接触式”结构的CuAl/Ni薄膜换能元。研究表明,设计制备的Cu-Al/Ni薄膜换能元具有较短的爆发时间和较低的临界爆发...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
纳米反应多层膜结构及自蔓延反应传播示意图
利用磁控溅射制备了 Al/Ni 纳米反应多层膜，并反应速率传播的数学模型，研究发现在多层多层膜层与层之间的原子扩散速率和反应温应的传播速度。约翰霍普金斯大学的 A. J. 中层与层之间的预混层厚度对其自蔓延反应传 Al 薄膜和 Ni 薄膜存在一个临界调制厚度（调制厚度大于临界值时，反应释放能量较多，加。当调制厚度大于临界值时，多层膜自蔓延间的预混层区域面积的影响比较大，其反应传002 年，该校的 E.Besnoin[51]等建立了反应产物速度影响的模型，并在模型中考虑了产物熔化52]等利用 Al/Ni 反应多层膜作为瞬态高温热源接，并指出反应多层膜反应过程中所能达到重要。图 1-2 为利用 Al/Ni 反应多层膜进行钛
图 1-3 通过离子辐照影响 Al/Ni 纳米多层膜反应性能示意图[53]原反应材料体系中，Al/CuO 反应多层膜是研究最为广泛一。2003 年，K. J. Blobaum[54-56]等利用磁控溅射方法在 清晰的 Al/CuO 反应多层膜，并系统地研究了 Al/CuO 多原过程、反应动力学过程以及自蔓延反应机理等。研究发层存在 Cu4O3亚稳态相，其在 400-530℃温度区间会发u2O。Al 薄膜层和 CuO 薄膜层界面处存在约 2 nm 厚的 在 Al/CuO 反应多层膜发生氧化还原反应的初始阶段起还研究了 Al/CuO 反应多层膜的自蔓延燃烧反应过程，多层膜同样能够作为局部瞬态高温热源，应用于封装和
【参考文献】：
期刊论文
[1]微机电火工品薄膜结构换能元[J]. 任炜,赵玉龙,褚恩义,张彬,李慧. 光学精密工程. 2018(09)
[2]纳米亚稳态分子间复合含能材料的最新研究动态[J]. 严启龙. 含能材料. 2018(06)
[3]亚稳态分子间复合物反应机理研究[J]. 王亚军,李泽雪,于海洋,冯长根. 化学进展. 2016(11)
[4]冲击片雷管中圆环形爆炸箔驱动飞片能力的试验研究[J]. 王窈,王猛,付秋菠,郭菲,吕军军. 火工品. 2015(06)
[5]Ti/B多层结构含能点火元件的制备与表征[J]. 王丽玲,王亮,蒋小华,何碧,尹强,朱和平. 四川兵工学报. 2014(04)
[6]基于Al/MoOx纳米复合薄膜的含能半导体桥研究[J]. 付帅,朱朋,叶迎华,李东乐,沈瑞琪. 爆破器材. 2013(06)
[7]空间使用环境对火工装置性能的影响[J]. 张醒,张修科,杨树彬,鲍国苗. 火工品. 2013(05)
[8]MEMS用含能薄膜研究现状及进展[J]. 王述剑,彭泓铮,张文超,马立远. 含能材料. 2012(02)
[9]新一代火工技术及其应用[J]. 孔俊峰,李兵. 国防技术基础. 2010(07)
[10]新概念航天器——模块化分离式卫星[J]. 朱毅麟. 中国航天. 2008(08)
博士论文
[1]Al/CuO复合薄膜含能点火器件作用机理与点火性能研究[D]. 李勇.南京理工大学 2015
[2]Al/Ni和Al/Ti纳米含能薄膜材料的制备及其性能研究[D]. 杨程.南京理工大学 2014
[3]基于含能复合薄膜的非线性电爆换能元[D]. 朱朋.南京理工大学 2014
[4]复合半导体桥电爆特性及桥温变化的研究[D]. 张文超.南京理工大学 2011
硕士论文
[1]基于MEMS技术PdNi薄膜传感器的制备与性能研究[D]. 黄敏.电子科技大学 2018
[2]低TCR TaN多层膜及宽频、高功率匹配负载的研究[D]. 蒋中东.电子科技大学 2015
[3]集成（B/Ti）n/TaN反应多层膜点火桥的制备及性能研究[D]. 蔡贤耀.电子科技大学 2014
[4]冲击片雷管的参数优化及关键技术研究[D]. 黄娜.南京理工大学 2014
[5]TaN薄膜及高频大功率薄膜负载设计与制备研究[D]. 王磊.电子科技大学 2013
[6]半导体火工桥用多晶硅薄膜的制备及性能研究[D]. 胡佳宝.合肥工业大学 2012
[7]用于冲击片雷管的Al/CuO反应含能桥膜研究[D]. 周翔.南京理工大学 2012
[8]低电阻温度系数TaN薄膜及微波功率匹配负载研究[D]. 司旭.电子科技大学 2011
[9]新型冲击片雷管设计与制作关键技术研究[D]. 王雄.国防科学技术大学 2006
本文编号：3044200
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
纳米反应多层膜结构及自蔓延反应传播示意图
利用磁控溅射制备了 Al/Ni 纳米反应多层膜，并反应速率传播的数学模型，研究发现在多层多层膜层与层之间的原子扩散速率和反应温应的传播速度。约翰霍普金斯大学的 A. J. 中层与层之间的预混层厚度对其自蔓延反应传 Al 薄膜和 Ni 薄膜存在一个临界调制厚度（调制厚度大于临界值时，反应释放能量较多，加。当调制厚度大于临界值时，多层膜自蔓延间的预混层区域面积的影响比较大，其反应传002 年，该校的 E.Besnoin[51]等建立了反应产物速度影响的模型，并在模型中考虑了产物熔化52]等利用 Al/Ni 反应多层膜作为瞬态高温热源接，并指出反应多层膜反应过程中所能达到重要。图 1-2 为利用 Al/Ni 反应多层膜进行钛
图 1-3 通过离子辐照影响 Al/Ni 纳米多层膜反应性能示意图[53]原反应材料体系中，Al/CuO 反应多层膜是研究最为广泛一。2003 年，K. J. Blobaum[54-56]等利用磁控溅射方法在 清晰的 Al/CuO 反应多层膜，并系统地研究了 Al/CuO 多原过程、反应动力学过程以及自蔓延反应机理等。研究发层存在 Cu4O3亚稳态相，其在 400-530℃温度区间会发u2O。Al 薄膜层和 CuO 薄膜层界面处存在约 2 nm 厚的 在 Al/CuO 反应多层膜发生氧化还原反应的初始阶段起还研究了 Al/CuO 反应多层膜的自蔓延燃烧反应过程，多层膜同样能够作为局部瞬态高温热源，应用于封装和
【参考文献】：
期刊论文
[1]微机电火工品薄膜结构换能元[J]. 任炜,赵玉龙,褚恩义,张彬,李慧. 光学精密工程. 2018(09)
[2]纳米亚稳态分子间复合含能材料的最新研究动态[J]. 严启龙. 含能材料. 2018(06)
[3]亚稳态分子间复合物反应机理研究[J]. 王亚军,李泽雪,于海洋,冯长根. 化学进展. 2016(11)
[4]冲击片雷管中圆环形爆炸箔驱动飞片能力的试验研究[J]. 王窈,王猛,付秋菠,郭菲,吕军军. 火工品. 2015(06)
[5]Ti/B多层结构含能点火元件的制备与表征[J]. 王丽玲,王亮,蒋小华,何碧,尹强,朱和平. 四川兵工学报. 2014(04)
[6]基于Al/MoOx纳米复合薄膜的含能半导体桥研究[J]. 付帅,朱朋,叶迎华,李东乐,沈瑞琪. 爆破器材. 2013(06)
[7]空间使用环境对火工装置性能的影响[J]. 张醒,张修科,杨树彬,鲍国苗. 火工品. 2013(05)
[8]MEMS用含能薄膜研究现状及进展[J]. 王述剑,彭泓铮,张文超,马立远. 含能材料. 2012(02)
[9]新一代火工技术及其应用[J]. 孔俊峰,李兵. 国防技术基础. 2010(07)
[10]新概念航天器——模块化分离式卫星[J]. 朱毅麟. 中国航天. 2008(08)
博士论文
[1]Al/CuO复合薄膜含能点火器件作用机理与点火性能研究[D]. 李勇.南京理工大学 2015
[2]Al/Ni和Al/Ti纳米含能薄膜材料的制备及其性能研究[D]. 杨程.南京理工大学 2014
[3]基于含能复合薄膜的非线性电爆换能元[D]. 朱朋.南京理工大学 2014
[4]复合半导体桥电爆特性及桥温变化的研究[D]. 张文超.南京理工大学 2011
硕士论文
[1]基于MEMS技术PdNi薄膜传感器的制备与性能研究[D]. 黄敏.电子科技大学 2018
[2]低TCR TaN多层膜及宽频、高功率匹配负载的研究[D]. 蒋中东.电子科技大学 2015
[3]集成（B/Ti）n/TaN反应多层膜点火桥的制备及性能研究[D]. 蔡贤耀.电子科技大学 2014
[4]冲击片雷管的参数优化及关键技术研究[D]. 黄娜.南京理工大学 2014
[5]TaN薄膜及高频大功率薄膜负载设计与制备研究[D]. 王磊.电子科技大学 2013
[6]半导体火工桥用多晶硅薄膜的制备及性能研究[D]. 胡佳宝.合肥工业大学 2012
[7]用于冲击片雷管的Al/CuO反应含能桥膜研究[D]. 周翔.南京理工大学 2012
[8]低电阻温度系数TaN薄膜及微波功率匹配负载研究[D]. 司旭.电子科技大学 2011
[9]新型冲击片雷管设计与制作关键技术研究[D]. 王雄.国防科学技术大学 2006
本文编号：3044200
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