氮離子輻照對(duì)PI和TiO2-PI材料性能與結(jié)構(gòu)的影響.pdf

1、本文以PI及TiO2/PI材料作為研究對(duì)象，利用紫外/可見(jiàn)分光光度計(jì)、四探針電阻測(cè)量?jī)x來(lái)分析氮離子輻照前后的材料性能，利用電子順磁共振、掃描電鏡、拉曼光譜和X射線光電子能譜等表征氮離子輻照前后材料結(jié)構(gòu)演化與損傷缺陷，在此基礎(chǔ)上揭示氮離子輻照聚酰亞胺(PI)和TiO2/PI材料性能影響規(guī)律，闡明其輻照損傷和性能演化機(jī)理。
　　研究結(jié)果表明，氮離子輻照聚酰亞胺引起材料光學(xué)性能和電學(xué)性能的顯著變化，輻照后，聚酰亞胺的顏色逐漸加深，透過(guò)率

2、隨著注量的增加而降低；但是當(dāng)?shù)x子注量達(dá)到5E15cm-2以上時(shí)，材料幾乎不透光，表面變黑并且表現(xiàn)出金屬光澤，反射率升高。同時(shí)，電阻率隨著輻照注量的升高而降低，當(dāng)?shù)x子注量達(dá)到5E15cm-2以上時(shí)，表面電阻顯著降低至103Ω·cm量級(jí)，表明材料表面已經(jīng)“金屬化”。相對(duì)于100keV氮離子，150keV氮離子輻照這種演化傾向更為明顯。對(duì)聚酰亞胺的EPR譜和結(jié)構(gòu)表征分析表明，氮離子輻照將快速引起聚酰亞胺中羰基和氨基的降解，材料中氮的含量并

3、沒(méi)有因?yàn)榈x子的注入而增加，反而會(huì)快速降低至約2at.％后基本保持不變，同時(shí)材料出現(xiàn)明顯的石墨化傾向。EPR結(jié)果表明，在聚酰亞胺中氮離子輻照自由基會(huì)隨著輻照注量的增加而顯著增加，但是當(dāng)?shù)x子注量達(dá)到5E15cm-2以上時(shí)，自由基的EPR微分譜峰寬顯著下降，表示材料整體的電子狀態(tài)發(fā)生了明顯變化。上述結(jié)果的綜合分析表明，當(dāng)輻照位移吸收劑量（與能量無(wú)關(guān)）約為3E10rad以上時(shí)，材料發(fā)生了明顯的絕緣體—金屬（半導(dǎo)體）轉(zhuǎn)變。論文基于上述結(jié)果，提

4、出了聚酰亞胺的氮離子輻照石墨化演化機(jī)理。
　　針對(duì)表面沉積納米TiO2防護(hù)層的聚酰亞胺材料，氮離子輻照對(duì)聚酰亞胺的損傷行為（如輻照石墨化過(guò)程、自由基演化規(guī)律）與上述沒(méi)有防護(hù)的材料基本相同，以致光學(xué)性能演化、電性能退化規(guī)律類(lèi)似。但是，與裸聚酰亞胺材料相比，表面納米TiO2的存在使得在相同輻照條件下材料表面電阻更大，表面化學(xué)狀態(tài)因Ti、O元素的存在而發(fā)生明顯變化；同時(shí)，氮離子輻照會(huì)造成TiO2的顯著濺射效應(yīng)，氮離子注量達(dá)到1E16cm