受惯性约束聚变“快点火”相关研究和高时空分辨强辐射源(背光照相光源)需求的驱动,超短超强脉冲激光与物质的相互作用成为近年的研究热点。相关研究表明,与普通固体靶材料相比,类似天鹅绒的金属纳米线阵列靶,具有局部的近固态密度和宏观的低密度,在产生较高X射线增益的同时并不显著延长X射线脉宽,是最具潜力的高时空分辨X射线强辐射源材料之一。目前人们已经采用模板沉积法、磁控溅射法、化学气相沉积法和液相法等制备出了金属纳米线阵列材料,其中阳极氧化铝模板电沉积法是最常用的方法之一。研究主要集中在制备出纳米线阵列结构,并表征其优异的磁学、光学与电学等方面的性能。
现已有制备强辐射源靶纳米器件的方法,其研究包括纳米线的长度及其分布在微纳尺度上的精确控制和科学表征、纳米线直径与模板孔径的关系、纳米线的应力应变分析等理论和技术问题。
铜纳米线阵列靶的制备,具体实验采用一定孔径和一定有效直径的圆片状多孔阳极氧化铝模板。在通孔阳极氧化铝模板的一面热蒸发一层约一微米厚的铜膜做为电沉积的阴极。电沉积后用一定质量分数的NaOH溶液浸泡数分钟,并去除阳极氧化铝模板后,用无水乙醇清洗晾干装备成靶。利用示波器和串联在电路中的10欧标准取样电阻来监测脉冲电沉积参数。电解液成分为:硫酸铜,硫酸,硼酸,氯化钠,柠檬酸三钠,聚乙二醇,乳化剂,其余为二次去离子水。
采用多孔氧化铝模板脉冲电沉积法制备的强辐射源用铜纳米线阵列靶,用扫描电子显微镜、能谱和X一射线衍射对其进行结构表征,并做不同纳米线长度的激光打靶实验。去除阳极氧化铝模板后铜纳米线的平均直径比模板的平均孔径大32%,长度缩短5%。电沉积2000s的铜纳米线阵列靶样品,距离模板圆心越远,纳米线越长,特别是在距离模板圆心大于6500微米时,由于电沉积的边缘效应,纳米线长度急剧增加。与超短脉冲激光相互作用实验结果表明:纳米线平均长度在18-50微米范围内,铜Ka光子产额先随纳米线长度增加而增加;当长度大于33微米时,铜Ka光子产额开始下降。(欣然)