質(zhì)子輻照下SiO2薄膜改性Kapton光學性能演化及其損傷機理.pdf

1、本文以聚酰亞胺（Kapton）為參考，對比研究了在100keV質(zhì)子輻照注量下，SiO2薄膜改性聚酰亞胺（SiO2/Kapton）的光學性能損傷及其回復規(guī)律，并通過電子順磁共振（EPR）分析了順磁缺陷的演化規(guī)律，揭示了可回復的光學性能損傷與自由基的內(nèi)在關系。同時通過原子力顯微鏡、紅外光譜（FTIR）和X光電子譜(XPS)分析，研究了質(zhì)子輻照下SiO2/Kapton材料的永久損傷機理。
　　研究表明，質(zhì)子輻照下，與Kapton相類似，

2、SiO2/Kapton材料在400-800nm波段范圍內(nèi)的光學透過率隨輻照注量增加明顯下降，性能下降的峰值在520nm附近；但在相同輻照注量下，尤其是在輻照注量較低時，SiO2/Kapton材料光學透過率下降幅度更大。兩種材料在輻照完成后室溫放置過程中，光學透過率會產(chǎn)生一定程度的回復，表明兩種材料的光學性能損傷由可回復和永久損傷兩部分組成。通過對輻照后室溫放置過程中材料光學性能的連續(xù)測量分析，確定質(zhì)子輻照Kapton的光學性能損傷的回復

3、符合指數(shù)規(guī)律，即：ΔT=A1 exp(-t/τo)+ΔT0，其中時間常數(shù)τo≈2.20h，不隨輻照注量變化；而 SiO2/Kapton材料的光學性能損傷回復規(guī)律為：ΔT=A1 exp(-t/τo1)+A2 exp(-t/τo2)+ΔT0，其中時間常數(shù)τo1≈2.30h，τo2≈0.30h，二者均與輻照注量無關。其中τo1與Kapton基體中的輻照損傷回復有關，而τo2和SiO2薄膜與Kapton基體的界面損傷的回復過程相關。
　　

4、對輻照樣品EPR譜分析表明：質(zhì)子輻照會在Kapton和SiO2/Kapton中產(chǎn)生大量自由基。在輻照完成后的放置過程中，輻照樣品的自由基濃度隨放置時間呈現(xiàn)與光學透過率回復類似的規(guī)律，且相應的時間常數(shù)相同，表明可回復光學性能損傷與材料中的輻照自由基密切相關。這一結果也說明，SiO2/Kapton中SiO2與基體 Kapton的界面損傷是導致改性聚酰亞胺具有較大光學性能損傷的重要原因之一。
　　通過對樣品輻照后的形貌和結構分析表明，質(zhì)

5、子輻照導致Kapton材料的永久損傷主要源自聚酰亞胺分子鏈中氨基、羰基和醚基損傷斷裂，輻照區(qū)碳化顯著，在此過程中Kapton內(nèi)析出小分子，表面粗化并有微孔生成。但是對SiO2/Kapton材料，基體 Kapton的損傷過程與上述未改性材料的相同，但沒有表面沒有微孔生成。更重要的是，SiO2/Kapton材料輻照后在改性能與基體界面上的氮含量增加，并在界面上生成了 Si-N中間層。這主要是由于Kapton輻照損傷析出的氨基小分子在界面上，