γ射线和原子氧辐照对ZnO:Al薄膜的影响

利用直流磁控溅射法制备了两组ZAO薄膜,使用60Co放射源对一组薄膜进行了γ射线辐照,在原子氧地面模拟设备中对另一组进行了原子氧辐照,并对辐照前后的样品进行了微观结构、表面形貌及电学特性的表征。结果表明,较高剂量率的γ射线辐照会降低薄膜的结晶程度,而低剂量率的辐照有相反作用。γ射线可激发薄膜中的电子,提高其载流子浓度,最大比率为16.39%。AO辐照仅对ZAO薄膜的表面具有氧化效应,导致表面化学成分中晶格氧比例的提高和薄膜载流子浓度的下降。随着薄膜厚度的增大,载流子浓度的下降比例逐渐减小。     

Effects of Atomic Oxygen Irradiation on Transparent Conductive Oxide Thin Films

作为一种功能薄膜,透明导电氧化物(TCO)薄膜在飞行器的抗原子氧(AO)涂层和太阳能电池领域有着巨大的应用价值。ZnO:Al(ZAO)和In2O3:Sn(ITO)薄膜是目前研究和应用最广泛的TCO。本文对ITO薄膜和ZAO薄膜进行了不同通量的AO辐照。通过对辐照前后样品的X射线衍射、扫描电镜及霍耳效应的表征及测试,研究了AO辐照对这两种TCO薄膜的结构、性能及电学特性的影响。研究表明AO辐照对ZAO薄膜表面有明显的侵蚀作用,但对其结构和导电性能没有明显影响。对于ITO薄膜,随着AO通量的增大,其载流子浓度逐渐下降从而导致了电阻率的提高,电阻率的最大变化达到了21.7%。     

原子氧对Kapton／Al薄膜性能影响研究

模拟空间环境下原子氧辐照条件,通过采用固定的原子氧束流密度进行不同时间辐照试验,研究了温控涂层材料Kapton/Al薄膜的质量损失、光学性能、表面形貌和表面粗糙度的演化规律.试验结果表明,原子氧对材料的剥蚀量与原子氧的作用时间成正比例关系.材料辐照后太阳吸收率发生明显变化,而辐射率几乎不发生变化.辐照后试样表面的粗糙度,是影响太阳吸收率变化主要因素.随着辐照时间的增长,材料表面粗糙度增加,导致太阳吸收率增大.     

原子氧辐照碳/酚醛复合材料的表面形貌及其演变机理研究

利用原子氧暴露地面模拟实验装置,分别对碳/酚醛复合材料、碳纤维和酚醛树脂进行了20h原子氧辐照,采用扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶红外衰减全反射(ATR-FTIR)以及X射线光电子能谱(XPS)技术分析了原子氧对碳/酚醛复合材料的侵蚀行为。结果表明,在原子氧环境中,酚醛树脂和碳纤维及碳/酚醛复合材料均发生质量损失,且碳/酚醛复合材料的质量损失率大于酚醛树脂与碳纤维之和。究其机理可知:复合材料中的孔隙和界面增大了原子氧的剥蚀面积,碳/酚醛树脂和碳纤维与原子氧的作用符合"掏蚀"模型,树脂表面出现孔洞,酚醛树脂中亚甲基和醚键易被原子氧氧化,碳纤维表面的上浆剂在原子氧环境中首先被剥蚀,而后裸露的碳纤维本体与原子氧作用导致纤维截面不再呈圆形,且尺寸减小,表面出现浅而宽的沟槽,最终纤维被氧化生成了大量的—O—CO和—CO基团。     

Surface Morphology and Evolution Mechanism of Carbon Fiber/Phenolic Resin Composites on Atomic Oxygen Irradiation

利用原子氧暴露地面模拟实验装置,分别对碳/酚醛复合材料、碳纤维和酚醛树脂进行了20h原子氧辐照,采用扫描电子显微镜( SEM)、傅立叶红外衰减全反射(ATR-FTIR)以及X射线光电子能谱(XPS)技术分析了原子氧对碳/酚醛复合材料的侵蚀行为.结果表明,在原子氧环境中,酚醛树脂和碳纤维及碳/酚醛复合材料均发生质量损失,且碳/酚醛复合材料的质量损失率大于酚醛树脂与碳纤维之和.究其机理可知:复合材料中的孔隙和界面增大了原子氧的剥蚀面积,碳/酚醛树脂和碳纤维与原子氧的作用符合“掏蚀”模型,树脂表面出现孔洞,酚醛树脂中亚甲基和醚键易被原子氧氧化,碳纤维表面的上浆剂在原子氧环境中首先被剥蚀,而后裸露的碳纤维本体与原子氧作用导致纤维截面不再呈圆形,且尺寸减小,表面出现浅而宽的沟槽,最终纤维被氧化生成了大量的—0—C＝0和—C =0基团.     

纳米颗粒增强环氧树脂抗原子氧剥蚀性能机理研究

 为了提高航天器用树脂基材料的抗原子氧剥蚀性能，将不与原子氧反应的无机纳米二氧化硅颗粒添加到环氧树脂中，并对所制成的纳米复合材料试样进行原子氧效应地面模拟试验，分析了试验前后试样表面形貌、表面成分和表面化学结构的变化规律。结果表明，加入纳米颗粒后，环氧试样的质量损失和剥蚀率出现了明显的下降，抗原子氧剥蚀性能得到了大幅度的提高。同时，试验后的纳米复合材料表面仍然存在一些新的有机结构，它们和纳米二氧化硅颗粒一起，共同阻止原子氧对底层材料的进一步剥蚀。     

模拟原子氧环境下聚酰亚胺材料的侵蚀研究(英文)

用热阴极灯丝放电产生的氧等离子体来研究聚酰亚胺材料在原子氧环境下的侵蚀过程,通过扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)对试样的质量损失、表面形貌和表面成分进行了表征。结果表明:当聚酰亚胺材料暴露在原子氧环境中,原子氧首先在试样表面产生物理吸附,然后与试样表面基团发生选择性化学反应,生成挥发性有机化合物,试样质量损失呈线性增加,表面形成地毯状形貌。在原子氧暴露初期,原子氧主要与芳环上特定位置的C反应,而后C=O基团的反应速度逐渐加快。原子氧暴露后,O元素含量增加,C、N元素含量减少。与C、O元素相比,含N基团与原子氧的反应速度较慢。     

C/E表面镀Al膜的原子氧试验

为了提高C/E复合材料的导电性及耐空间环境的能力,应用电弧离子镀技术在C/E复合材料表面沉积了A l膜,研究了地面模拟原子氧环境对C/E复合材料表面镀A l前后的侵蚀、质损及A l膜的附着力、导电性的影响。通过XRD、SEM、FT-IR、万能拉伸测试仪、FZ-82数字式四探针测试仪等测试分析样品。结果表明:电弧离子镀A l膜微米级以上颗粒较多,但分布均匀,膜层致密,附着力达2 N/mm2以上;原子氧对C/E复合材料侵蚀明显,镀铝后具有明显的防护作用;原子氧侵蚀后的A l膜电阻率有所上升,但还是有较好的导电性;辐照后的A l膜附着力比辐照前反而增加,其机理尚待进一步研究。     

质子辐照聚酰亚胺薄膜的力学性能退化机理

利用自制的Φ800 mm空间综合辐照试验设备和X射线光电子能谱等分析手段对质子辐照聚酰亚胺薄膜的力学性能退化及机理进行了研究。研究发现:薄膜的断裂伸长率和拉伸强度随质子辐照注量的增加而呈指数减小,弹性模量基本不变;质子辐照后聚酰亚胺薄膜仍具有较好的热稳定性,但其在紫外可见光波段透射率降低,透射光谱发生红移;分子键的断裂和交联是质子辐照聚酰亚胺薄膜力学性能降低的主要原因。     

TiO2-有机硅热控涂层对空间聚合材料的防护

在原子氧 (AO)地面模拟设备中对空间材料Kapton及TiO2 有机硅热控涂层进行原子氧剥蚀效应试验。用LAMBDA 9分光度计、光电子能谱 (XPS)、红外光谱 (FTIR)和扫描电镜 (SEM )研究了原子氧 (AO)对Kapton侵蚀机理及对其表面涂覆的TiO2 有机硅热控涂层的防护作用进行了表征。AO对Kapton表现了较严重的侵蚀作用 ,而所施用的TiO2 有机硅热控涂层的表面形貌则变化甚少 ,实验表明 ,该涂层对AO辐照有较强的防护效果、较好的空间稳定性和热控性能。     

化学液相沉积制备PbSe薄膜生长过程及其性能研究

采用化学液相沉积方法在醋酸铅溶液体系中制备了厚度在微米量级的PbSe薄膜,通过扫描电镜、X射线衍射和红外光谱分析等测试手段研究了PbSe薄膜的生长过程以及沉积时间对薄膜相结构、表面形貌和红外透光性能的影响.研究结果表明:随着沉积时间的增加,薄膜致密度增大,Se/Pb原子比增加,都为表面富Se的PbSe薄膜;在不同沉积时...     

特种材料表面镀TiN薄膜的结构与应力研究

本文采用多弧离子镀技术在特种材料表面制备TiN薄膜。利用扫描电镜和X射线衍射仪对TiN薄膜的形貌、成分结构、残余应力进行研究,结果表明：薄膜表面粗糙度较大;薄膜由TiN单相组成,以（111）晶面为主;TiN薄膜存在较大残余压应力,经过保温热处理后,薄膜的残余应力显著下降。     

地面模拟设备中原子氧通量测量方法的比较研究

 原子氧是低地球轨道中对航天器影响最为严重的环境因素之一。原子氧通量的测量,是原子氧效应研究工作的基础,是量化航天器材料和部件的原子氧暴露程度、评估其空间原子氧使用寿命的重要参数。介绍了地面模拟设备中常用的几种原子氧通量测量方法的测量原理,包括Kapton质量损失法、NO₂滴定法、银表面催化法、光谱法、质谱分析法、银膜和半导体膜电阻法等等,对各种测量方法的特点进行了概括。另外,选择了Kapton质量损失法、银表面催化法和光谱法测量了原子氧效应模拟设备中的原子氧通量,并对测量结果进行了对比,分析了这几种方法的准确性。     

原子氧与真空紫外线协同效应对有机涂层的降解作用

为研究真空紫外与原子氧的协同作用,进行了环氧树脂和有机硅树脂的原子氧/真空紫外交互的地面模拟实验,结果表明:在交互作用中,对有机涂层破坏的主导因素是原子氧,真空紫外线起到协同作用,在切断有机高分子材料化学键的同时,为原子氧提供了反应基,加速了原子氧的反应速率.对比真空紫外辐照和原子氧/真空紫外交互实验结果分析中可以发现,有机硅树脂是较好的耐真空紫外辐射和原子氧侵蚀的有机涂层材料.     

基于网格状ITO薄膜的航天器太阳电池阵静电放电防护

表面蒸镀ITO薄膜是解决航天器太阳电池阵充放电问题的有效途径。薄膜会降低可见光透射率并增加航天器载荷,为此,提出一种网格状ITO薄膜解决方案。通过光学性能测试和电子辐照材料表面起电实验研究,分别给出了可见光平均透射率与薄膜覆盖率、表面电位与薄膜覆盖率的关系表达式,总结了平均透射率和表面电位随薄膜覆盖率的变化规律。结果表明,在380~780nm可见光范围内,薄膜覆盖率每增加10%,平均透射率下降约0.7%;薄膜覆盖率为10%的样品表面电位比无薄膜覆盖降低54%;在薄膜覆盖率为10%~100%范围内,表面电位随覆盖率增大近似呈线性下降,薄膜覆盖率每增加10%,表面电位降低约9%。该研究结论可为航天器太阳电池阵静电防护研究提供有益参考。     

原子氧对碳纤维增强氰酸酯复合材料的侵蚀及机理研究

针对碳纤维增强氰酸酯复合材料(CFCE)开展原子氧暴露试验及反应产物原位测量的散射试验,并进行暴露前后的质量损失、SEM及XPS试验。结果表明,该材料的受原子氧腐蚀率为(2.20±0.36)×10~(-24)cm~3/atoms。受原子氧腐蚀后,样品表面C元素相对原子浓度增加,O元素基本不变;表面的树脂脱落,碳纤维暴露在原子氧环境中,表面出现蚀坑,且数量及形状逐渐变大,蚀坑相连,最终沿纤维方向形成一条沟壑。高能氧原子与复合材料发生反应,生成产物CO、CO_2、H_2O、OH和CH_3。     

原子氧环境对硅凝胶材料的侵蚀效应研究

简述了DC93-500和GN511硅凝胶材料原子氧环境试验过程,分析和考察了DC93-500和GN511硅凝胶材料在原子氧环境作用下的侵蚀效应,探索了原子氧环境对硅凝胶材料的作用机理.结果表明在原子氧环境作用下,DC93-500和GN511硅凝胶材料样品的可见光透射率明显下降;样品表面被氧化并出现龟裂裂纹和凸起的小岛;随着原子氧作用累积通量的进一步增加,样品表面会由于小岛被剥落而发生质损现象;相对于GN511而言,DC93-500硅凝胶材料在原子氧环境下的结构和性质较为稳定.     

SiO2溶胶在电沉积法制备CuInS2薄膜中的作用

 针对目前电沉积法制备的CuInS2(CIS)薄膜存在S元素含量不足以及微观形貌差的问题,通过在普通镀液中加入SiO2溶胶,采用一步电沉积技术在ITO导电玻璃上制备Cu In S预制薄膜,镀液的主要组成为金属盐、硫代硫酸钠和不同浓度SiO2溶胶。在空气气氛中对Cu In S预制薄膜进行退火处理以获得多晶的CIS薄膜,并通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、能量色散谱仪（EDS）及开路电位对CIS薄膜的结构、形貌、成分组成及光响应性能进行研究。结果表明：SiO2溶胶浓度为4 mL/L时,得到的CIS薄膜的结晶度提高,同时,SiO2溶胶作用下得到的CIS薄膜的表面形貌、成分组成和光响应性能都得到改善。因此,镀液中加入SiO2溶胶有利于提高CIS薄膜的性能,尤其是浓度为4 mL/L时,性能提高得最为明显。     

锦纶材料空间环境适应性研究

为研究锦纶材料在长寿命在轨航天器中的环境适应性，提出了锦纶材料在空间环境使用的空间环境适应性评价指标，设计并实施了空间环境适应性评价试验。试验结果表明，锦纶材料在燃烧性能、逸出有害气体、真空质损和可凝挥发物、抗菌防霉、耐受交变温度、电离辐射中表现出友好的环境适应性。锦纶材料在受到空间环境中原子氧、紫外辐射作用时断裂强力明显下降，且原子氧与紫外辐照协同效果对锦纶材料的力学性能破坏具有加强效果。锦纶材料可作为空间舱内环境长期使用材料，在舱外环境使用时，需要特别考虑其力学特性受到原子氧、紫外辐照的影响。     

原子氧对Kapton侵蚀及ZnO-有机硅涂层防护效应研究

在原子氧(AO)侵蚀地面模拟试验设备中对聚酰亚胺(Kapton)和涂ZnO-有机硅防护层的样品进行原子氧剥蚀效应试验。用LAMBDA-9分光度计、光电子能谱(XPS)、红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)等对试验前后试样的表面形貌、质量及化学结构进行表征研究。AO对Kapton表现了较严重的侵蚀作用,其化学结构、元素百分含量和表面形貌都发生明显变化。而所施用的ZnO-有机硅涂层对AO辐照有较强的防护效果,并具有较好的空间稳定性。因腐蚀产物为SiO2,这对抑制AO的进一步侵蚀起到了关键作用。