Kapton-Al二次表面鏡帶電粒子輻照損傷效應(yīng)及機(jī)理.pdf

1、本文依據(jù)空間能譜等效代換的原則，采用空間綜合輻照設(shè)備對(duì)Kapton/Al薄膜二次表面鏡進(jìn)行了空間輻照地面模擬試驗(yàn)。深入研究了低能空間帶電粒子（質(zhì)子和電子）單獨(dú)及綜合作用下對(duì)Kapton/Al薄膜光學(xué)性能的輻照損傷，借助于AFM、UV/Vis、FTIR-ATR、XPS和MS等分析技術(shù)重點(diǎn)分析了輻照損傷的微觀機(jī)理，在量子化學(xué)理論基礎(chǔ)上應(yīng)用模擬軟件建立了輻照損傷斷鍵模型，并提出質(zhì)子輻照作用下輻照損傷的化學(xué)反應(yīng)機(jī)制。
　　研究結(jié)果表明，經(jīng)

2、空間帶電粒子輻照后，Kapton/Al的反射性能在可見光及近紅外光區(qū)發(fā)生退化，隨著輻照劑量的增加，光譜反射系數(shù)不斷降低。單獨(dú)作用后的疊加效果要高于綜合輻照的作用效果，Kapton/Al綜合輻照作用后其光學(xué)性能表現(xiàn)出協(xié)同效應(yīng)。輻照能量一定時(shí)，質(zhì)子輻照Kapton/Al涂層的太陽吸收比變化Δαs隨輻照劑量的變化為線性函數(shù)關(guān)系，即Δαs=kΦ；電子輻照Kapton/Al涂層的太陽吸收比變化Δαs隨輻照劑量的變化為冪函數(shù)關(guān)系，即Δαs=αΦβ。

3、
　　質(zhì)子單獨(dú)輻照和綜合輻照后樣品表面出現(xiàn)明顯的顏色變化，電子輻照劑量達(dá)到3×1015cm-2后，SEM觀測(cè)可見明顯的充放電花紋。經(jīng)AFM觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，輻照后Kapton/Al表面出現(xiàn)“指狀”（質(zhì)子和綜合輻照）或“丘狀”（電子輻照）突起，導(dǎo)致樣品表面粗糙度增加。
　　Kapton薄膜在帶電粒子輻照后光譜透過率隨輻照劑量的增加而降低，在可見光區(qū)出現(xiàn)吸收峰，并且末端吸收發(fā)生紅移。吸光度的增加是由于輻照過程中有新的發(fā)色團(tuán)產(chǎn)生，末端吸收

4、從UV到可見的紅移是由于光能隙的逐漸減小引起的。
　　質(zhì)子輻照過程中酰亞胺環(huán)和醚鍵等低鍵能的鍵發(fā)生斷鍵，由電離和激發(fā)作用產(chǎn)生的自由基和離子碎片首先以易揮發(fā)的小分子形式相結(jié)合，進(jìn)而逃逸出試樣表面，導(dǎo)致試樣表層氧和氮含量的顯著降低以及炭含量的相對(duì)增加；而C、O和N原子間通過新鍵相結(jié)合形成酮亞胺(C=C=N–)、異氰基(–N=C=O)和羥胺(C–O–N)等新組分；苯環(huán)在質(zhì)子輻照作用下也可能受到了一定程度的破壞，生成類似石墨結(jié)構(gòu)的碳化產(chǎn)物

5、。
　　根據(jù)飽和徑跡模型,對(duì)紅外譜圖中某些特征峰所做的定量分析表明，在質(zhì)子輻照期間Kapton中的羰基、苯環(huán)、酰胺基和芳香醚等官能團(tuán)都以相似的損傷截面參與了損傷層中的降解過程；隨著電子能損值的遞增，PI特征官能團(tuán)的損傷截面基本上呈現(xiàn)出遞增的趨勢(shì)，說明聚合物Kapton的輻照損傷強(qiáng)烈依賴于離子電子能損效應(yīng)，這一結(jié)論也與TRIM計(jì)算結(jié)果相吻合。
　　50keV電子主要造成Kapton薄膜表層C–N鍵的破壞，形成N+離子碎片，同時(shí)

6、伴隨部分醚鍵的斷裂。所形成的N+、O+和C+碎片或自由基也會(huì)形成易揮發(fā)的小分子逸出表面，造成苯環(huán)中穩(wěn)定炭含量的相對(duì)增加。70keV電子輻照后，不僅發(fā)生上述斷鍵反應(yīng)，而且斷鍵產(chǎn)生的離子碎片與自由基的體積濃度增大，可增加分子間交聯(lián)和形成新的分子結(jié)構(gòu)的可能性。隨輻照能量的提高，Kapton薄膜表面碳富集趨勢(shì)增加。
　　在量子化學(xué)基礎(chǔ)上，建立了Kapton的5種斷鍵模型。熱力學(xué)計(jì)算表明，5種可能的斷鍵反應(yīng)模式在熱力學(xué)意義上都是易于發(fā)生的，