用于脉冲X射线源的Au纳米管阵列的可控生长与特性研究

纳米结构材料在与超短超强激光相互作用中表现出一系列特殊性质，相关研究日益受到关注，探索其在强激光作用下产生的X射线特性正是目前研究热点之一。该类型X射线源具有高亮度和短脉冲特点，在超短时域X射线诊断方面有广泛应用前景。本课题拟采用基于ZnO纳米线阵列为模板的合成新思路,实现Au纳米管阵列的可控生长，并将其应用于与超短超强激光相互作用，利用其结构特性以有效耦合入射激光能量从而提高激光-输出X射线的转换效率并同时抑制X射线脉冲的展宽。通过调节纳米管长度、内径、壁厚和管间距等参数，系统研究纳米管阵列形貌对其与激光相互作用的影响规律。在此基础上，采用金属纳米颗粒修饰纳米管，通过增加作用区域和引入表面等离子体振荡效应进一步增强激光吸收率，研究修饰改性对纳米结构与激光相互作用的影响规律。通过该项研究，可进一步推动纳米结构材料在X射线源研究领域的应用，亦将对复合纳米结构的制备提供新思路。

针对微纳结构靶在与超短超强激光相互作用中表现出的特殊性质和巨大应用潜力，本研究课题按计划对应用于脉冲X射线源的Au纳米管阵列的制备工艺和相关特性开展了系统深入的研究，各项研究内容进展如下:（1）在一维纳米管阵列的可控生长研究中，采用纳米结构阵列作为模板，将Au涂覆在纳米结构表面以形成核壳结构，再通过刻蚀工艺再将模板去除，从而得到Au纳米管阵列结构。通过调节制备模板和Au涂覆工艺，实现了Au纳米管阵列形貌参数的有效调控。成功将金属纳米颗粒附着于纳米管管壁，实现了对纳米管的再修饰和光学性质的进一步调控。（2）在材料生长的过程中，系统表征分析了材料的形貌、微结构、成分及其分布，掌握了材料的生长机理。通过系统表征分析材料的物理性质，掌握了纳米管阵列形貌、构形、成份等因素对其光学性质的影响规律，实现了材料物性的多元参数调控。（3）对于微结构靶与超短超强激光相互作用，开展了理论数值模拟。利用有限元方法研究了纳米管形貌参数与其光学性质的关系，验证纳米管构型对激光吸收的增强效应。采用混合代码方法，研究了超热电子输运机制和能量演化规律，深入理解纳米管构型提高激光-X射线转换效率的物理机理。开展了超短超强激光辐照一维纳米结构阵列靶物理实验，成功验证了微结构靶对激光-X射线转换的增强效应，实验结果符合研究预期。. 综上所述，本研究课题圆满完成预定研究内容，该项课题的各项研究进展，对微纳结构材料在强辐射辐射源领域的应用有积极的推动作用，同时在材料合成方面也为实现各种有序复合纳米结构阵列提供了新思路。