高压击穿铜丝物相研究

李世文; 冯国英; 李玮; 韩敬华; 周晟阳; 殷家家; 杨超; 周寿桓

doi:10.7498/aps.61.225206

摘要

采用高压放电的方式对材料进行击穿, 可以方便地制造纳米颗粒.搭建了高压击穿实验装置, 对铜丝进行高压击穿实验;分别采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜( SEM )和元素能谱(EDS)、X射线衍射( XRD) 测试, 对铜丝击穿丝状物进行了形貌和成份分析.研究了铜丝高压击穿后的物相特性.研究结果发现, 在高压作用下铜丝被充分电离, 产生丝状分布, 其构成为纳米颗粒的凝结;纳米颗粒的直径分布主要集中在30—60 nm之间; 颗粒产物由铜元素和氧元素组成; 它们以单晶Cu, Cu2O和CuO组成混合物;粒径大小、产物成分与铜丝长度、直径及电压等因素相关.

关键词:

Abstract

Copper nanoparticles are produced by high-voltage electrical explosion of copper wires. The high-voltage breakdown experimental setup for copper is built. The morphology and composition of the breakdown material are tested by the transmission electron microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM), and X-ray diffractometry (XRD) and energy dispersive spectroscopy(EDS) methods, respectively. Based on the morphology, size distribution, elemental spectrum (EDS), and XRD analysis of the breakdown material, the phase characteristics of high-voltage breakdown copper wire are studied. The results show that wire is fully ionized under high pressure, forming a filamentous distribution which is composed of condensation of nanoparticles. The diameters of copper nanoparticles are between 30 nm and 60 nm. The nanoparticles product is composed of Cu and O elements. The product is a mixture of metallic copper, cupric oxide and cuprous oxide. The particle size and its product composition are controlled by varying length and diameter of the copper wire, discharge voltage, etc.

Keywords:

high-voltage electrical explosion method /
nanosized copper powder /
phase analysis

作者及机构信息

1.
攀枝花学院工程技术学院, 攀枝花 617000;

2.
四川大学电子信息学院, 成都 610065

基金项目: 国家自然科学基金重大项目(批准号: 60890200)和国家自然科学基金委员会-中国工程物理研究院联合基金(批准号: 10976017)资助的课题.

Authors and contacts

1.
School of Engineering and Technology, Panzhihua University, Panzhihua 617000, China;

2.
College of Electronics & Information Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China

Funds: Project supported by the Major Program of the National Natural Science Foundation of China (Grant No.60890200) and the Joint Fund of the National Natural Science Foundation of China and the China Academy of Engineering Physics (Grant No.10976017).

参考文献

[1]	Yang P, Liao N B, Li C, Shang S H 2009 International Journal of Nonlinear Sciences & Numerical Simulation 10 483
[2]	Klas M, Matejcik S, Radjenović B, Radmilovi -Radjienović M 2011 Phys. Scr. 83 45503
[3]	Li X J, Wang Z L, Yan H H, Wang X H, Zhang Y J 2010 Chinese Journal of High Pressure Physics 24 368 (in Chinese) [李晓杰, 王占磊, 闫鸿浩, 王小红, 张越举 2010 高压 24 368]
[4]	Kim W, Park J S, Suh C Y, Ahn J G, Lee J C 2008 Journal of Alloys and Compounds 465 4
[5]	Xiang J, Song F Z, Shen X Q, Chu Y Q 2010 Acta Phys. Sin. 59 4794 (in Chinese) [向军, 宋福展, 沈湘黔, 褚艳秋 2010 59 4794]
[6]	Fan Z L, Zheng F, SiTu J C 2011 The Chinese Journal of Nonferrous Metals 20 545 (in Chinese) [樊志良, 郑峰, 司徒健超 2011 中国有色金属学报 20 545]
[7]	Makhlouf S A, S, A. Kassem M, M. A Abdel R 2009 J. Mater. Sci. 44 3438
[8]	Li T, Chen Z P, Su Y l, Su L, Zhang J C 2009 J. Mater. Sci. 44 6149
[9]	Bac L H, Ryu H J, Kim B K, Kim J S, Kim J C 2011 J. Nanosci. Nanotechnol. 11 6433
[10]	Bagazeev A V, Kotov Y A, Medvedev A I, Azarkevich E I, Demina T M, Murzakaev A M, Timoshenkova O R 2010 Chemistry and Materials Science 5 656
[11]	Wu Y, Sun N C, Feng G Y, Yin S M, Liao H, Zhou C M 2009 Laser Journal 30 17 (in Chinese) [吴颖, 孙年春, 冯国英, 尹升茂, 廖海, 周传明 2009 激光杂志 30 17]
[12]	Murali R, Yang Y X, Brenner K, Beck T, Meindl D J 2009 Appl. Phys. Lett. 94 243114
[13]	Zhu Y C, Luo G X, Fang X, Chen Y 2011 Explosion and Shock Waves 31 664 (in Chinese) [朱翼超, 罗根新, 方向, 陈宇 2011 爆炸与冲击 31 664]
[14]	Yung G S, Kim B J, Lee N Y, Kim B M, Yeom S J, Kwak N J, Joo Y C 2012 Microelectronic Engineering 89 58
[15]	Jiang J H, Wang G Y, Yang Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 1123 (in Chinese) [蒋吉昊, 王桂吉, 杨宇 2008 57 1123]
[16]	Mao Z G 2009 Ph. D. Dissertation (Beijing: Tsinghua University) (in Chinese) [毛志国 2009 博士学位论文 (北京: 清华大学)]

施引文献

[1]	Yang P, Liao N B, Li C, Shang S H 2009 International Journal of Nonlinear Sciences & Numerical Simulation 10 483
[2]	Klas M, Matejcik S, Radjenović B, Radmilovi -Radjienović M 2011 Phys. Scr. 83 45503
[3]	Li X J, Wang Z L, Yan H H, Wang X H, Zhang Y J 2010 Chinese Journal of High Pressure Physics 24 368 (in Chinese) [李晓杰, 王占磊, 闫鸿浩, 王小红, 张越举 2010 高压 24 368]
[4]	Kim W, Park J S, Suh C Y, Ahn J G, Lee J C 2008 Journal of Alloys and Compounds 465 4
[5]	Xiang J, Song F Z, Shen X Q, Chu Y Q 2010 Acta Phys. Sin. 59 4794 (in Chinese) [向军, 宋福展, 沈湘黔, 褚艳秋 2010 59 4794]
[6]	Fan Z L, Zheng F, SiTu J C 2011 The Chinese Journal of Nonferrous Metals 20 545 (in Chinese) [樊志良, 郑峰, 司徒健超 2011 中国有色金属学报 20 545]
[7]	Makhlouf S A, S, A. Kassem M, M. A Abdel R 2009 J. Mater. Sci. 44 3438
[8]	Li T, Chen Z P, Su Y l, Su L, Zhang J C 2009 J. Mater. Sci. 44 6149
[9]	Bac L H, Ryu H J, Kim B K, Kim J S, Kim J C 2011 J. Nanosci. Nanotechnol. 11 6433
[10]	Bagazeev A V, Kotov Y A, Medvedev A I, Azarkevich E I, Demina T M, Murzakaev A M, Timoshenkova O R 2010 Chemistry and Materials Science 5 656
[11]	Wu Y, Sun N C, Feng G Y, Yin S M, Liao H, Zhou C M 2009 Laser Journal 30 17 (in Chinese) [吴颖, 孙年春, 冯国英, 尹升茂, 廖海, 周传明 2009 激光杂志 30 17]
[12]	Murali R, Yang Y X, Brenner K, Beck T, Meindl D J 2009 Appl. Phys. Lett. 94 243114
[13]	Zhu Y C, Luo G X, Fang X, Chen Y 2011 Explosion and Shock Waves 31 664 (in Chinese) [朱翼超, 罗根新, 方向, 陈宇 2011 爆炸与冲击 31 664]
[14]	Yung G S, Kim B J, Lee N Y, Kim B M, Yeom S J, Kwak N J, Joo Y C 2012 Microelectronic Engineering 89 58
[15]	Jiang J H, Wang G Y, Yang Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 1123 (in Chinese) [蒋吉昊, 王桂吉, 杨宇 2008 57 1123]
[16]	Mao Z G 2009 Ph. D. Dissertation (Beijing: Tsinghua University) (in Chinese) [毛志国 2009 博士学位论文 (北京: 清华大学)]

[1]	刘旺旺, 张克学, 王军, 夏国栋. 过渡区内纳米颗粒的曳力特性模拟研究. , 2024, 73(7): 075101. doi: 10.7498/aps.73.20231861
[2]	马奥杰, 陈颂佳, 李玉秀, 陈颖. 纳米颗粒布朗扩散边界条件的分子动力学模拟. , 2021, 70(14): 148201. doi: 10.7498/aps.70.20202240
[3]	崔杰, 苏俊杰, 王军, 夏国栋, 李志刚. 自由分子区内纳米颗粒的热泳力计算. , 2021, 70(5): 055101. doi: 10.7498/aps.70.20201629
[4]	张旋, 张天赐, 葛际江, 蒋平, 张贵才. 表面活性剂对气-液界面纳米颗粒吸附规律的影响. , 2020, 69(2): 026801. doi: 10.7498/aps.69.20190756
[5]	梁燚然, 梁清. 带电纳米颗粒与相分离的带电生物膜之间相互作用的分子模拟. , 2019, 68(2): 028701. doi: 10.7498/aps.68.20181891
[6]	罗毅, 赵国平, 杨海涛, 宋宁宁, 任肖, 丁浩峰, 成昭华. 单一晶相氧化锰纳米颗粒的交换偏置效应. , 2013, 62(17): 176102. doi: 10.7498/aps.62.176102
[7]	黄丛亮, 冯妍卉, 张欣欣, 李静, 王戈, 侴爱辉. 金属纳米颗粒的热导率. , 2013, 62(2): 026501. doi: 10.7498/aps.62.026501
[8]	李琳, 王暄, 孙伟峰, 雷清泉. 聚乙烯/银纳米颗粒复合物的分子动力学模拟研究. , 2013, 62(10): 106201. doi: 10.7498/aps.62.106201
[9]	孙伟峰, 王暄. 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的分子动力学模拟研究. , 2013, 62(18): 186202. doi: 10.7498/aps.62.186202
[10]	魏杰, 陈彦均, 徐卓. 多铁性BiFeO3纳米颗粒的尺寸依赖磁性能研究. , 2012, 61(5): 057502. doi: 10.7498/aps.61.057502
[11]	臧渡洋, 张永建. 水/空气界面纳米颗粒单层膜流变特性的锥体压入法研究. , 2012, 61(2): 026803. doi: 10.7498/aps.61.026803
[12]	徐波, 王树林, 李生娟, 李来强. 超声强化合成MgFe2O4纳米颗粒及其机理研究. , 2012, 61(3): 030703. doi: 10.7498/aps.61.030703
[13]	王新亮, 狄勤丰, 张任良, 丁伟朋, 龚玮, 程毅翀. 纳米颗粒吸附岩心表面的强疏水特征. , 2012, 61(21): 216801. doi: 10.7498/aps.61.216801
[14]	臧渡洋, 张永建, Langevin Dominique. SiO2纳米颗粒单层膜流变特性的双Wilhelmy片法研究. , 2011, 60(7): 076801. doi: 10.7498/aps.60.076801
[15]	陈慧敏, 刘恩隆. 纳米颗粒与纳米块材摩尔定压热容的理论计算. , 2011, 60(6): 066501. doi: 10.7498/aps.60.066501
[16]	刘演华, 干富军, 张凯. 平面射流场中纳米颗粒的成核与凝并. , 2010, 59(6): 4084-4092. doi: 10.7498/aps.59.4084
[17]	徐忠锋, 刘丽莉, 赵永涛, 陈亮, 朱键, 王瑜玉, 肖国青. 不同能量的高电荷态Ar12+离子辐照对Au纳米颗粒尺寸的影响. , 2009, 58(6): 3833-3838. doi: 10.7498/aps.58.3833
[18]	李晖, 谢二庆, 张洪亮, 潘孝军, 张永哲. 火焰喷雾法合成ZnO和MgxZn1－xO纳米颗粒的光学性能研究. , 2007, 56(6): 3584-3588. doi: 10.7498/aps.56.3584
[19]	刘锦宏, 张凌飞, 田庚方, 李济晨, 李发伸. 低温固相反应法制备的NiFe2O4纳米颗粒的结构与磁性. , 2007, 56(10): 6050-6055. doi: 10.7498/aps.56.6050
[20]	孟利军, 张凯旺, 钟建新. 硅纳米颗粒在碳纳米管表面生长的分子动力学模拟. , 2007, 56(2): 1009-1013. doi: 10.7498/aps.56.1009

计量

文章访问数: 9026
PDF下载量: 423
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板