UDMA-TEGDMA（聚氨酯二甲基丙烯酸酯-三甘醇二甲基丙烯酸酯）聚合物复合材料广泛应用于牙科领域，因为它具有低聚合收缩和高转化率的特性，特别适合作为牙科填充材料。来自匈牙利的布达佩斯技术与经济大学（BME）的Attila Bonyár等研究人员在研究金纳米棒和飞秒激光对UDMA-TEGDMA聚合物复合材料的影响时，发现金纳米棒的存在和飞秒激光照射不仅可以增加材料的聚合转化率，还通过RAMAN光谱技术检测到在激光烧蚀坑壁存在化学键的变化，在2000-2500cm^-1的拉曼光谱区域出现碳-氘基团振动带。

质子-质子链反应

      著名天文学教授阿瑟·爱丁顿在1926年提出：质子-质子链（p+p→d+e⁺+vₑ）反应是恒星获取能源的主要来源。在当时，人们从理论上很难相信会发生这样的反应。但随着量子力学的发展，量子隧穿效应的发现，按照经典物理学氢核只有在几百亿度高温下才能发生的聚变，由于量子隧穿效应，在太阳这样的恒星内部，质子仍然有一定几率突破库伦势垒，发生核聚变反应。

图1：（Image credit：NASA/SDO. 侵删）

实验设置

对于在此次实验中的发现，既重要，又令人惊讶。为了证明D的产生，引入激光诱导击穿光谱技术检测了D/(2D+H)比值随着实验条件的变化。使用飞秒脉冲Ti：Sa激光器，波长795nm，脉宽40fs，通过聚焦镜头，照射到放置于真空腔室的靶材表面（图2）；H和D的α线相差0.18nm，为了将其分辨开，使用了中阶梯单色仪 DEMON（LTB Lasertechnik Berlin，Germany），检测范围190-900nm可调，分辨率2.5-12pm。

图2：实验装置示意图

实验结果

图3展示了单次激光脉冲烧蚀UDMA-TEGDMA靶表面的LIBS光谱，存在金纳米棒的聚合物的光谱中（图3a, b, c）可以明显观察到656.29nm的H-α线和656.11nm的D-α线，并且通过校正，计算结果显示随着激光能量增加D的比例在上升；但对于不含金纳米棒的聚合物的光谱中（图3d, e, f）没有观察到D的谱线存在，这说明金纳米棒的存在使得聚合物中D的产生更容易。当然，LIBS还达不到检测D/H=1/6002的自然含量下的灵敏度。

图3：不同条件下，聚合物靶材表面的fs-LIBS光谱

讨论

此次的测试结果与研究人员以往的实验发现是一致的。通过进一步的数值模拟也证实了金纳米棒通过激光产生的振荡电荷电场加速了质子的假设，这为产生氘核的质子链反应提供了可能性。此外，通过优化金纳米粒子浓度、排列和激光参数，获得更强大的电场，还可以进一步提高质子的能量和束流强度，从而增强聚变反应的效率，为实现核聚变长时间且稳定均匀点火提供了一些思路。

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