真空紫外辐照引起的聚合物材料质量损失模型及实验验证

基于扩散理论及辐射化学反应理论,建立真空紫外(VUV)辐照引起的聚合物材料质量损失数学模型。采用分离变量法与特征函数展开法,获得材料中挥发物质量随辐照剂量变化的函数关系式。通过实验得到聚酰亚胺(PI)薄膜和聚酯(PET)薄膜的质量损失数据,拟合求解模型中的参数,验证模型的适用性。实验结果表明,该质量损失模型适用于PI薄膜及PET薄膜,借助该模型可预估VUV辐照引起的材料的质量损失。     

环氧基纳米复合材料抗真空紫外辐照性能研究

文章模拟真空紫外辐照条件,研究波长5~200 nm的真空紫外线(VUV)对环氧树脂648以及环氧基纳米复合材料的辐照损伤效应.质量损失、扫描电子显微镜、质谱仪和X射线光电子谱仪分析结果表明:纳米TiO2起到明显抗真空紫外辐照的作用.辐照后,与环氧树脂相比,环氧基纳米复合材料的质量损失大幅度降低,弯曲强度变化较小,出气量和出气成分减少,表面没有新的C峰出现,表面O 1s峰的主要成分没有发生变化.     

国产高模量碳纤维抗真空紫外辐照性能试验研究

通过地面模拟试验研究了真空紫外辐照对国产BHM3高模量碳纤维质量损失率的影响,并采用扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）和X射线光电子能谱（XPS）仪对辐照前后的样品进行微观分析。结果表明,随着真空紫外辐照剂量增加,碳纤维质损率呈现先增加后平缓现象,质量损失率较少;紫外辐照作用前后碳纤维表面形貌和元素组成基本未变,说明其具有良好的抗紫外辐照性能。     

远紫外辐射下Kapton/Al薄膜材料的力学性能研究

薄膜材料在探测器中有着重要的应用,在深空辐照环境下,其力学性能将发生较大的变化。文章首先介绍了薄膜材料在航天器中的应用,接着对Kapton/Al薄膜材料空间远紫外辐照下的力学性能进行了研究。研究发现:随着拉伸速度增加,薄膜的抗拉强度和断裂伸长率随着拉伸速度的增加而降低;随着远紫外曝辐量的增加而呈线性减小;远紫外辐照下薄膜材料分子键出现断裂和交联,C―CO和C―N键断裂并发生脱氧和脱氮,C-H基团相对含量增大的主要原因是薄膜力学性能降低。     

铝膜反射镜60 keV质子辐照效应

文章研究了在真空和热沉环境下,铝膜反射镜经质子辐照后的光学反射率变化。试验结果表明:60 keV质子辐照后,铝膜反射镜反射率发生了明显的变化。随辐照注量的增加,反射率呈单调减少趋势。当辐照注量达到1×1016 cm-2时,反射率略有下降,且这种变化首先发生在紫外区。随着辐照剂量进一步增加,反射率明显下降,特别是在波长为250~800 nm范围内。经表面形貌分析和机理分析,铝膜反射镜反射率的降低可归结为经质子辐照后铝镜面表面产生了波纹和小丘形貌。     

一种等离子体鞘层加速的质子辐照新方法

文章提出一种利用等离子体鞘层加速模拟质子辐照的新方法。在真空室中通过射频-电感耦合的方法产生氢等离子体,将脉冲负高压施加在热控涂层样品上,利用氢等离子体鞘层加速技术实现样品的质子辐照,并研究了质子辐照对聚酰亚胺（Kapton）薄膜光学透过率、表面形貌以及表层化学结构的影响。结果表明:质子辐照后,样品的透过率下降,脉冲电压值越高和辐照时间越长,则透过率下降越多;AFM结果显示,样品表面“手指状”突起随着脉冲电压的增加呈现先增加后变化较小的趋势;XPS分析表明,辐照后样品的化学结构发生了变化,包括C—N键、C—O键以及C＝O键的断裂,以及一些新键的形成。     

90 keV电子辐照对Kapton H薄膜化学结构的影响

文章研究了能量为90 keV的电子辐照对Kapton H薄膜化学结构的影响。XPS分析表明,低能电子辐照导致Kapton H薄膜分子结构中C—N和C—O键的断裂,以及C＝O键的断裂和重组,并且有部分键断裂后交联。随着辐照剂量及辐照能量的增加,材料中的C—N、C＝O键含量减少,形成表面碳富集。辐照使柔性结构C—O键被破坏,产生的交联及以苯环为主的三维立体网状结构使其表面硬度增加。     

真空出气对星用聚酰亚胺材料电导率的影响

卫星介质材料在真空环境下的出气有可能对材料本身的介电性能产生显著影响,增加长期服役卫星寿命末期的充放电风险。文章以卫星上常用的聚酰亚胺材料为对象,通过地面90Sr-90Y辐照源加速辐照试验研究了在材料真空出气后其表面充电平衡负电位的变化,并据此计算出材料电导率的变化规律。结果显示,在5 pA/cm2电子辐照强度下,聚酰亚胺样品的电导率随着出气量的增加而明显下降,在总质量损失达到0.5%时,电导率减小一半左右。初步分析了出气导致电导率下降的物理机制。研究结果对卫星寿命末期充放电防护设计有指导意义。     

紫外辐照影响硅橡胶出气污染模型及效应研究

基于有机材料出气污染过程分析，并结合辐射化学有关理论，建立材料在紫外辐照后的分子污染模型；在ASTM E1559标准测试方法的基础上，以硅橡胶材料为污染源开展试验，测试其经过不同紫外辐照时间后的出气污染沉积量，并对辐照后材料表面的微观特性进行测试分析。根据沉积量测试结果对模型待定参数进行拟合，并结合微观测试结果，分析得到紫外辐照导致硅橡胶分子链中Si-O键以及Si-C键断裂，且部分小分子物质提前挥发，从而使得出气成分中小分子污染物含量下降，大分子污染物含量上升，并最终导致总污染量在前期有所下降，在后期显著增加。     

星用介质材料表面充放电效应试验研究

航天器表面介质材料易遭受表面充放电危害。利用30keV单能电子对几种不同的航天介质材料进行了表面充放电模拟试验,测量了不同电子通量辐照下的表面充电电位以及放电脉冲。试验结果表明,聚酰亚胺薄膜在接地处理不当时表面可充至千伏以上,易发生表面放电,且辐照强度越大,放电频率越高。表面镀铝的聚酰亚胺薄膜在不接地时,铝膜成为悬浮导体更加剧了放电的危害。而通过渗碳处理的聚酰亚胺薄膜,其良好的导电性能可有效抵御nA/cm~2量级电子的表面充电。聚四氟乙烯天线罩表面未进行防静电处理时,表面充电电位可达万伏量级,极易发生放电。     

含磷聚酰亚胺薄膜在原子氧环境中的降解研究

文章考察了自行合成的含磷聚酰亚胺（PI）薄膜在模拟原子氧环境中的降解行为。扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）等测试结果表明:在原子氧辐照过程中,含磷PI薄膜表面的磷元素与氧元素含量增加,原子结合能也增大,意味着在PI表面形成了含磷钝化层。该钝化层进一步阻止了PI次表面层被侵蚀,使含磷PI薄膜表现出了抗原子氧侵蚀能力,其在模拟原子氧环境中的质量损失率远低于Kapton薄膜。     

A study on the resistance performance of epoxy nano-composites under the vacuum ultraviolet irradiation

Irradiation damage effects of the epoxy resin 648 and epoxy nano-composites are studied by means of simulating the vacuum ultraviolet (VUV) irradiation whose wavelength ranges from 5 to 200 nm. Experimental results of the mass loss, SEM and XPS show that nano-TiO₂ particles exhibit better resistance performance under VUV. Comparing with epoxy resin, the epoxy nano-composite brings significantly less mass loss, slighter flexural strength variation and decreasing gas extraction with less gas component varieties after irradiation. What is more, no new carbon peak-value has been found and principle components of O_ls peak-value remain unchanged on the surface.     

真空紫外对原子氧环境下S781白漆 性能影响的研究

文章利用AOBISEE设备对S781白漆分别进行了单一原子氧环境试验、真空紫外与原子氧递次试验以及原子氧与真空紫外综合辐照试验研究。试验研究中原子氧的积分通量为3.5×1019 atom/cm2,真空紫外辐照剂量为200 ESH;试验前后用高精度微量电子天平和TEMP 2000A便携式热发射率测试仪分别对样品的质量和热发射率进行了测试。通过测试及分析,发现原子氧与真空紫外综合环境对S781白漆产生了协和效应。S781白漆在经原子氧与真空紫外综合环境作用之后质量损失显著增大,3种不同环境试验对S781白漆的热发射率影响不明显。在辐照剂量范围内,S781白漆的真空紫外与原子氧递次试验不能替代原子氧／真空紫外综合辐照试验。     

Kapton抗原子氧侵蚀的Al2O3涂层研究

在原子氧侵蚀地面模拟设备中对Kapton和利用反应溅射制备的Al2O3涂层进行了原子氧暴露实验，并采用XPS和SEM等分析手段对暴露前后试样表面的物理和化学变化进行了研究。结果表明，Kapton试样遭受了严重的侵蚀，质量损失较大；Al2O3涂层质量变化很小，对基体提供了良好的保护作用。XPS分析结果表明，Kapton的羰基与原子氧作用时形成CO2，随后CO2气体脱附。反应溅射的Al2O3涂层是富Al的，初始暴露时由于氧化反应而质量有少许增加，随时间延长，涂层变得完全符合化学计量。     

聚酰亚胺薄膜在γ射线辐照下的力学性能退化研究

聚酰亚胺(PI)薄膜在空间高能粒子辐射环境下会发生力学性能退化。文章利用钴源辐照试验装置和热重分析、XPS分析等对均苯型PI薄膜在γ射线辐照下的力学性能退化及其规律进行研究,发现在γ射线辐照下,PI薄膜有明显的总剂量效应和剂量率效应。     

真空紫外辐射对碳/环氧复合材料性能影响

文章介绍了真空紫外线(VUV)的模拟和射流式真空紫外辐射模拟设备的工作原理、技术参数及特点,并利用该设备及其它分析手段对环氧树脂浇铸体(EP648)和碳/环氧复合材料(C/E648)在VUV辐照作用下的出气、质量损失率(SAML)、层间剪切强度(ILSS)和表面状态的变化进行了研究。试验结果表明：VUV辐照导致材料产生明显的出气效应,质量损失率呈现先递增后趋于平缓的趋势;17 280esh辐照剂量下,EP648的质量损失是C/E648的3．4倍,C/E648的ILSS与辐照前相比下降了13．3％;环氧树脂破损较重,而碳纤维表面状态基本完好,并对内部的环氧树脂起到一定的保护作用。     

原子氧辐照对MoS_2/酚醛环氧树脂粘结固体润滑涂层摩擦磨损性能的影响

为了揭示低地球轨道环境中的原子氧对粘结固体润滑涂层摩擦学性能的影响,制备了MoS2/酚醛环氧树脂粘结固体润滑涂层,并在原子氧地面模拟没备中对其进行辐照.采用球盘摩擦试验机考察了辐照前后涂层的摩擦磨损性能,并通过扫描电子显微镜(SEM)和X-射线光电子能谱仪(xPs)分析了辐照对涂层表面结构和组成的影响.研究发现,原子氧辐照增大了涂层的摩擦系数,降低了其耐磨性.表面结构和组成分析表明,原子氧辐照引起涂层中固体润滑剂MoS2发生部分氧化和粘结剂发生部分降解,使得涂层表面的O含量显著增大,而C含量明显降低.原子氧辐照引起的涂层表面结构和组成的变化是其改变粘结固体润滑涂层摩擦学性能的主要原因.