质子辐照空间级硅橡胶的正电子淹没寿命谱研究

 用正电子淹没寿命谱方法（PALS）研究了质子辐照对空间级硅橡胶KH-L-Y微观结构的影响。试验结果表明，PALS谱所揭示的最长寿命成分的t₃, I₃及自由体积分数Vf随辐照剂量的增加开始明显下降；而当辐照剂量大于10¹⁵cm^-2后，随剂量的增加平缓上升。辐照剂量小于10¹⁵cm^-2时，质子辐照使硅橡胶自由体积减小，分子链间堆砌紧密；辐照剂量大于10¹⁵cm^-2时，质子辐照使硅橡胶自由体积增大。交联密度及DMA测试结果同样表明，质子辐照在剂量较小时硅橡胶的交联密度及玻璃化转变温度增加，辐照以交联效应为主；而剂量较大时辐照降解占优势。     

真空紫外辐照对MQ增强硅橡胶热性能及光学性能的影响

 采用空间综合辐照模拟设备研究了真空紫外辐照对MQ增强加成型硅橡胶的表面形貌、质量损失、热性能及光学性能的影响。试验结果表明：真空紫外辐照后,硅橡胶表面出现损伤裂纹,随辐照剂量的增加,裂纹的数量增多;真空紫外辐照后,硅橡胶的质量有所损失,其质损率随辐照剂量的增加而增加;真空紫外辐照后硅橡胶的耐热性随辐照剂量的增加先增加而后下降;真空紫外辐照对硅橡胶材料的体膨胀/收缩变形影响不大,但对材料的光学性能有较大影响,随着辐照剂量的增加,材料的光学透过率下降。     

质子辐照硼硅酸盐玻璃盖片的物理效应分析

作为航天器电源系统的重要组成部分,太阳电池需要更高的转换效率和可靠性以及更长的使用寿命。通过在太阳电池表面覆盖抗辐照玻璃盖片,可以增强太阳电池对粒子辐射的防护,延长太阳电池的服役寿命,使航天器获得可靠的能源供应。硼硅酸盐玻璃就是一种理想的太阳电池玻璃盖片材料。采用蒙特卡罗方法,结合SRIM软件模拟研究质子辐照硼硅酸盐玻璃的损伤物理机理。基于粒子与物质相互作用的理论以及基本公式,通过分析不同入射能量的质子在硼硅酸盐玻璃中的阻止本领、电离能损、位移能损、空位的产生情况,对辐照损伤的物理机制进行研究。结果表明:能量为30~120 keV的质子辐照损伤主要发生在硼硅酸盐玻璃表面;质子沉积、空位分布等均为Bragg峰型分布;电离能损是能量损失的主要部分,随入射能量的增加而增大,导致电子的电离和激发;位移能损在玻璃内部随能量降低而增大,导致硼、氧和硅等空位缺陷的产生;电离效应和缺陷的产生是硼硅酸盐玻璃色心形成的重要原因。     

质子辐照铝膜反射镜的慢正电子湮没研究

采用分光光度计测定了60keV质子辐照后铝膜反射镜反射光谱的变化规律.用慢正电子湮没等分析技术研究了辐照损伤的微观机制.结果表明，当质子辐照主要作用于反射镜铝膜层中时反射镜在200—800nm波长范围内反射率随辐照剂量增加而下降.入射质子可对铝膜中的缺陷产生填充作用，减小铝膜中电子密度，增加弱束缚电子带间跃迁.紫外至可见光能量较高的波段可引起带间激发跃迁，使相应的谱段反射率下降，导致反射镜光学性能的退化. 关键词： 反射镜 光学性能 质子辐照 慢正电子湮没     

keV质子辐照Kapton/Al的能量传输过程

采用TRIM和SRIM2003软件模拟计算了10—300keV能量区间质子辐照Kapton/Al的能量传输过程. 依据模拟结果选取了辐照能量参数, 在室温真空条件下, 采用空间综合辐照设备对Kapton/Al进行了质子辐照. 借助于表面红外光谱技术, 对Kapton的重要官能团特征峰做了定量分析, 通过特征峰处吸光度的变化得到了典型分子键的损伤截面. 平均损伤截面和电子能损的强烈依赖关系及TRIM计算结果一致说明keV质子辐照Kapton/Al的辐照损伤主要来自电子能损效应. 太阳吸收比的变化趋势和模拟结果都表明在入射能量80keV附近, 质子辐照Kapton/Al的辐照效应最大.     

质子辐照对纯铝薄膜微观结构的影响

利用透射电子显微镜(TEM)详细分析了不同剂量的质子辐照纯铝薄膜样品的微观结构, 质子的能量E=160 keV.实验表明,质子辐照能够在Al薄膜中诱发空位位错圈,在实验范围内,位错密度随辐照剂量的增加而增加;质子辐照在1×10¹¹—4×10¹¹/mm²范围内随辐照剂量的增加,位错圈数量密度以及位错圈尺寸都随之增加.在较高剂量6×10¹¹/mm²辐照下,位错圈数量密度减小,但其尺寸显著 关键词： 质子辐照 空位簇缺陷 位错圈 微观结构     

Mo/Si多层膜在质子辐照下反射率的变化

为了检验应用在极紫外波段空间太阳望远镜上Mo/Si多层膜反射镜在空间辐射环境下反射率的变化情况, 模拟了部分空间太阳望远镜运行轨道的辐射环境, 利用不同能量和剂量的质子对Mo/Si多层膜反射镜进行辐照实验.辐照前后反射率测量结果显示,由于带电粒子的辐照损伤,质子辐照会使Mo/Si多层膜反射镜的反射率降低,且质子能量越低、剂量越大,对多层膜的反射率影响越明显. 当质子能量E=160keV,剂量＝6×10¹¹/mm²时,反射率降低4.1%;能量E=100keV,剂量=6×10¹¹/mm²时, 反射率降低5.7%;能量E=50keV,剂量=8×10¹²/mm²时,反射率降低10.4%. 用原子力显微镜测量辐照后Mo/Si多层膜反射镜的表面粗糙度比辐照前明显增加,致使散射光线能量逐渐增大并最终导致反射率的降低. 关键词： 质子辐照 Mo/Si多层膜反射镜 辐照损伤     

石英玻璃低能质子辐照损伤动力学研究

地面模拟研究了JGS3光学石英玻璃在真空、热沉和能量低于200keV的低能质子辐照下表面光学性能变化的基本规律．并建立了辐照损伤色心演化的动力学唯象模型。试验结果表明．大通量低能质子辐照对石英玻璃表层具有明显的表面损伤效应。随着辐照吸收剂量的增加,光密度变化先以线性规律迅速增加．加进一步增加时逐渐呈现饱和趋势;采用较高能量辐照作用后光密度变化出现饱和趋势的拐点提前,且饱和数值降低。根据对试验结果的分析,建立了低能质子辐照下石英玻璃色心演化的动力学模型．并给出了光密度变化的表达式。采用模型结果进行数学模拟,模拟曲线与试验结果曲线相似。因此所建立的动力学模型可以用来定量描述低能质子辐照下石英玻璃光学性能随辐照吸收剂量的变化规律。     

低能质子辐照ZnO/silicone白漆产生微观损伤的红外光谱研究

 通过空间综合辐照模拟设备对能量小于200 keV质子辐照下ZnO/silicone白漆光学性能变化及损伤机理进行研究。结果表明,ZnO/silicone白漆的光学性能退化主要发生在可见光区,太阳吸收比随质子辐照能量、注量的增加而增大。借助傅里叶变换红外光谱分析技术研究了质子辐照ZnO/silicone白漆时有机硅树脂的光学性能退化机理。质子辐照使ZnO/silicone白漆中游离氧含量增加,氧化硅原子上的有机取代基使Si—C链断裂,并生成活性羟基,而这种活性羟基能促使有机硅树脂内Si—O—Si键的裂解。同时Si—O—Si链内氧原子未成键的孤对电子与邻近硅原子的3d空轨道配位,降低了π*轨道的能量,提高了对光吸收的几率,增强了n→π*电子跃迁,使吸收带红移,从而导致ZnO/silicone白漆光学性能退化。     

140 keV质子辐照对石英玻璃光谱性能影响的研究

研究了JGS3 光学石英玻璃在真空、冷黑和能量为 14 0keV的质子辐照下光学透过率变化的基本规律。在辐照剂量大于 5× 10 14 proton/cm2 后 ,主要引起 2 30～ 2 5 0nm的吸收带 ,其吸收峰值随辐照剂量的增加而单调增加。在较大辐照剂量下 ,近紫外和可见区域也存在某些弱的吸收带。 2 30～ 2 5 0nm的吸收带由E′心引起。质子辐照下在JGS3 光学石英玻璃中形成的E′心是受氢扰动的 ,即辐照过程中不仅发生Si -O键的断裂 ,而且发生[≡Si- ]和 [≡Si-O]向 [≡Si-H]和 [≡Si-OH]的转变     

紫外辐射加速老化高温硫化硅橡胶的X射线光电子能谱研究

高温硫化硅橡胶具有优良的电气性能、机械性能、憎水性而广泛应用于特高压输电线路,但亦会受外界环境的影响而老化,其抗紫外老化性能受到关注。课题组模拟户外紫外辐射环境,设计搭建了可调式紫外辐射加速老化试验箱,对A、B两个厂家的高温硫化硅橡胶样品进行了紫外辐射(0,500和1 000 h)加速老化实验,重点对辐射前后的试样进行X射线光电子能谱全谱扫描和窄区谱分析、确定元素化学位移及相对含量,分析紫外辐射对高温硫化硅橡胶表面化学态的影响,进而判断紫外辐射加速高温硫化硅橡胶老化机制。结果表明：高温硫化硅橡胶主要元素为O_1S,C_1S,Si_2p,其中O_1S主要以O-Si-O（532.4 eV）的形式存在,紫外辐射后,拟合分峰观察到534 eV的-OH的小峰,积分面积随辐照时间延长而增加;C_1S为C-H,C-C（284.8 eV）或C-O（286.3 eV）,随着辐射时间的延长,C-H和C-C结合能峰积分面积减小,C-O结合能峰的积分面积略微增加;Si_2p为Si-C（102.39 eV）,紫外辐射后新增SiO_x（x=3～4）结合能峰（103.6 eV）且积分面积随辐射时间延长而增加。分析认为紫外辐射加速老化的机理是紫外线切断硅橡胶中键能较低的部分Si-C,C-C和C-H键,裂解后的自由基可相互结合发生交联反应形成SiO_x（x=3～4）;辐射产生高活性的臭氧氧化自由基生成-COOH。XPS技术能够探究高温硫化硅橡胶的表面化学态从而促进其老化机理的研究。     

Photochemical welding of silica microspheres to silicone rubber by ArF excimer laser

Transparent fused silica (SiO₂) microspheres 2.5 μm in diameter were photochemically welded to transparent, flexible silicone rubber ([SiO(CH₃)₂]_n) substrate by 193 nm ArF excimer laser induced photochemical modification of silicone into silicon oxide. Single layer of silica microspheres was easily formed on an adhesive silicone rubber before laser irradiation after dropping of silica microspheres dispersed in ethanol and subsequent tape peeling. The welding rate, the percentage of welded microspheres tested by ultrasonic cleaning with ethanol, was examined by varying the single pulse fluence and irradiation time of ArF excimer laser. The welding layer underneath microsphere, silicon oxide, was also found to emit white light of strong intensity under UV light illumination.     

CMOS图像传感器在质子辐照下热像素的产生和变化规律

应用于空间的图像传感器在辐射影响下产生的热像素严重影响空间光电探测性能,本文通过质子辐照试验研究了热像素的产生和变化规律。首先,使用3 MeV和10 MeV两种能量的质子对图像传感器进行辐照,分析不同能量、不同注量的质子辐照产生热像素的性质;其次,再对辐照后的器件进行退火试验,分析热像素的退火规律。对于相同注量辐照,3 MeV质子辐照下热像素产生率大约是10 MeV质子辐照下的2.3倍,但是10 MeV质子辐照产生热像素的灰度值高于3 MeV质子;辐照过程中热像素的数量都是随着注量的增加线性增加。退火过程中,热像素数量都不断减少,而3 MeV质子辐照产生的热像素相比于10 MeV质子,退火更为显著。结果表明,质子辐照下每个质子与器件之间的作用过程及产生缺陷的机制是相对独立的,不同质子的作用过程之间没有相关性。不同能量的质子辐照产生缺陷的类型不同,导致热像素具有不同特性。     

Surface disorder in c-Si induced by swift heavy ions

The disorders induced in crystalline silicon (c-Si) through the process of electronic energy loss in the swift heavy ion irradiation were investigated. A number of silicon <1 0 0> samples were irradiated with 65 MeV oxygen ions at different fluences, 1×10¹³ to 1.5×10¹⁴ ions/cm², and characterized by the Raman spectroscopy, the optical reflectivity, the X-ray reflectivity, the atomic force microscopy (AFM) and the X-ray diffraction (XRD) techniques. The intensity, redshift, phonon coherence length and asymmetric broadening associated with the Raman peaks reveal that stressed and disordered lattice zones are produced in the surface region of the irradiated silicon. The average crystallite size, obtained by analyzing Raman spectrum with the phonon confinement model, was very large in the virgin silicon but decreased to<100 nm dimension in the ion irradiated silicon. The results of the X-ray reflectivity, AFM and optical reflectivity of 200–700 nm radiation indicate that the roughness of the silicon surface has enhanced substantially after ion irradiation. The diffusion of oxygen in silicon surface during ion irradiation is evident from the oscillation in the X-ray reflectivity spectrum and the sharp decrease in the reflectivity of 200–400 nm radiation. The rise in temperature, estimated from the heat spike model, was high enough to melt the local silicon surface. The results of XRD indicate that lattice defects have been induced and a new plane <2 1 1> has been formed in the silicon <1 0 0>after ion irradiation. The results of the present study show that the energy deposited in crystalline silicon through the process of electronic energy loss ～0.944 keV/nm per ion is sufficient to induce disorders of appreciable magnitude in the silicon surface even at a fluence of ～10¹³ ions/cm².     

170keV质子辐照对多壁碳纳米管薄膜微观结构与导电性能的影响

碳纳米管具有优异的导电性, 是未来电子元器件的理想候选材料, 应用前景广阔. 针对碳纳米管在空间电子元器件的应用需求, 本文研究了170 keV质子辐照对多壁碳纳米管薄膜微观结构与导电性能的影响. 采用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪(Raman)、X射线光电子能谱仪(XPS)及电子顺磁共振谱仪(EPR)对辐照前后碳纳米管试样的表面形貌和微观结构进行分析; 利用四探针测试仪对碳纳米管薄膜进行导电性能分析. SEM分析表明, 170 keV质子辐照条件下, 当辐照注量高于5×10¹⁵ p/cm² (protons/cm²)时, 碳纳米管薄膜表面变得粗糙疏松, 纳米管发生明显弯曲、收缩及相互缠结现象. 目前, 质子辐照纳米管发生的收缩现象被首次发现. 基于Raman和XPS分析表明, 170 keV质子辐照后碳纳米管的有序结构得到改善, 且随辐照注量增加, 碳纳米管的有序结构改善明显. 结构的改善主要是由于170 keV质子辐照碳纳米管所产生的位移效应导致缺陷重组. EPR分析表明, 随着辐照注量的增加, 碳纳米管薄膜内的非局域化电子减少. 利用四探针测试分析表明, 碳纳米管薄膜的导电性能变差, 这是由于170 keV质子辐照导致碳纳米管薄膜中的电子特性及形态发生改变. 本文研究结果有助于利用质子辐照对碳纳米管膜结构和性能进行调整, 从而制备出抗辐射的纳米电子器件.