火工药剂宽带THz光谱的检测与分析

发布时间：2020-06-12 18:33

【摘要】：随着当前人们对公共安全的关心程度日益加强,火工药剂的检测与分析变得越来越重要了。火工药剂是爆炸物的核心组成成分,研究火工药剂对于研究爆炸物有着重要意义。虽然火工药剂的饱和蒸气压一般非常低,具有挥发性低的特性,很难通过他们在空气中的含量进行探测;但是火工药剂在爆炸物体表面及其周围物质中的残留则可以持续存在相当长的时间,从而可以通过检测火工药剂或其相关化合物的残余来探测爆炸物的存在。由于太赫兹具有高透视性、低能性和指纹谱等特性,并且许多火工药剂分子的转动和振动能级都位于太赫兹波段,因此可以用太赫兹时域光谱技术获得火工药剂的时域谱、频谱和吸收光谱等信息,从而建立数据库。通过Gaussian软件对火工药剂进行分子理论模拟分析,可以观察出火工药剂分子在各个频段的振动情况,进而可以分析火工药剂的吸收峰形成的原因以及吸收峰所处的频率。本文主要是用太赫兹时域光谱技术对五种不同的火工药剂进行检测,利用Gaussian09软件对五种不同的火工药剂进行分子结构理论模拟分析,然后通过Gaussian View观察火工药剂分子在各个频段的振动情况。主要的研究工作如下:(1)本论文详细具体地介绍了太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统的结构组成以及其工作原理。我们实验室有自主搭建的透射式THz-TDS系统,测出的THz光谱图频率可以达到3THz,它的信噪比非常高且得到的实验结果非常的理想。与此同时,全面地介绍了THz-ABCD系统的结构组成以及其工作原理,这套系统所测得的光谱图的频率可以达到10THz,但是6THz以上的图谱信燥比低且误差比较大,所以一般选取6THz以内的光谱进行实验研究。(2)本论文利用THz-ABCD系统对湿度为15%水蒸气进行检测,得到它的宽带THz吸收光谱图,把它的特征吸收峰摘录出来去除火工药剂的可疑吸收峰。用THz-ABCD系统对五种不同的火工药剂 HMX(1,3,5,7-tetranitroperhydro-1,3,5,7-tetrazocine)、RDX(1,3,5-trinitroperhydro-1,3,5-triazine)、PETN (pentaery-thritotetranitrate)、LLM-105(2,6-diamino-3,5-diamino-3,5-dinitrop-yrazine-1-oxidated)、TATB(1,3,5-triamino-2,4,6-trinitrobenzene)进行检测,得到它们的时域光谱跟频域光谱,通过计算得到它们的频率范围为0.5～6.0THz的宽带THz吸收光谱。(3)用 Gaussian09 软件分别对 HMX、RDX、PETN、LLM-105、TATB 这五种火工药剂的分子进行结构模拟优化以及吸收频率的计算,选用的方法是密度泛函理论(DFT),选用的基组是6-31G和6-311G。通过Gaussian View得到理论模拟的吸收光谱图,同时可以观察到在吸收峰位置处的分子振动跟转动情况,然后与实验结果进行对比,以此来进行指认吸收峰的归属以及形成的原因。
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电磁波谱,位置

图 1-1 THz 波在电磁波谱中的位置Fig.1-1 THz in the electromagnetic spectrum相干激发源，随光导天线、光整流等技术的问世，从此 THz 波的研究展。直到 1988 年，D.Grischkowsky 和 C.Fattinger 等人发明了 THz 时域DS）[25]，太赫兹波谱的利用价值得到了巨大的提升。 THz 波谱技术的不断发展，许多国家在 THz 波谱技术方面投入了大财力。2006 年，，美国将 THz 列为国防重点学科美国国家基金会（NSFASA）和国防部高技术局（DARPA）等重要国家部门都对许多高等学Hz 领域给予了大量的资金资助。[26-29]。英国卢瑟福国家重点实验室与的十几所大学都在不断的积极开展 THz 研究工作[30,31]。俄罗斯国家科，同时多所大学也对 THz 技术进行了技术开发。2005 年，日本将 TH十年“国家支柱技术重点战略目标”之首[32]。2007 年，中国首个太赫究发展计划“太赫兹重要辐射源、探测及应用的基础研究”通过审批。学、天津大学、西安理工大学等国内高等院校先后开展了对 THz 波技且取得了一定的成果。由此可见，THz 技术已经在国内外掀起了一阵

透射型,光路图,太赫兹

射到加有偏置电压的光电导天线上产生太赫兹辐射源，探测光通过光学同时汇聚到探测晶体上，通过控制泵浦光与太赫兹脉冲之间的时间延赫兹信号的电压值得变化，通过计算机绘制出单个的太赫兹信号的时转换，可以得到太赫兹波光谱中的物理化学信息，再经过计算可以得到学常数。-TDS 系统按照实验装置的不同，可以分为透射式时域光谱系统和透射实验室主要是透射式 THz-TDS 系统，还有由电离空气产生太赫D 系统。透射型 THz-TDS 系统文使用的的THz-TDS系统是由我们实验室自行搭建的透射型的THz-图如图 2-1 所示。它所组成的系统器件为太赫兹光源、超短脉冲飞秒激点动平移台、光学器件、斩波器、锁相放大器等器件。接下来将一一介太赫兹辐射源：实验所采用的是半绝缘 GaAs 光电导开关作为 THz 源
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O441.4;TQ560.72

【参考文献】