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《哈尔滨工业大学》 2009年
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带电粒子辐照ZnO/硅树脂白漆光学退化效应及机理

肖海英  
【摘要】:ZnO/硅树脂白漆是一类重要的热控涂层,在航天器上具有广泛的应用。空间带电粒子辐照环境作用下ZnO/硅树脂白漆的光学性能退化,影响热控系统乃至整个航天器的在轨服役寿命与可靠性。深入研究ZnO/硅树脂白漆在空间辐照环境作用下的损伤效应与机理,具有十分重要的工程应用背景及理论研究价值。本文针对地球辐射带大量存在的低能带电粒子,采用地面模拟设备系统地研究了200keV的电子单独辐照、质子单独辐照及质子和电子综合辐照对ZnO/硅树脂白漆光学性能退化的影响。采用光致荧光光谱、X射线光电子能谱等微观分析手段,揭示了辐照缺陷产生的微观机理,并通过谱反射吸收峰解析建立了色心浓度演化动力学模型。 研究结果表明,能量小于200keV质子辐照、电子辐照及质子和电子综合辐照对ZnO/硅树脂白漆的光学性能退化具有不同影响。质子辐照时光学性能退化主要发生在可见光区,而电子辐照时光学性能退化主要发生在近红外区。质子和电子同时辐照时光学性能退化在可见光区受质子辐照控制,在近红外区由电子辐照决定。质子和电子综合辐照时,顺序辐照和同时辐照对光学性能退化的影响相近。质子和电子综合辐照对ZnO/硅树脂白漆光学性能退化的影响具有明显的协合效应。低注量综合辐照时,光学退化效应加剧;而高注量综合辐照时,光学退化效应减弱。空气暴露使ZnO/硅树脂白漆光学性能退化发生回复的程度,电子辐照时最强,质子和电子同时辐照时次之,质子辐照时最小。质子辐照在射程小于光学吸收层厚度的条件下,能量越高所产生的退化效应越明显。大注量电子辐照时,电子能量提高不利于可见光区色心的形成。 X射线光电子能谱分析表明,随质子辐照注量提高,ZnO晶格氧的数量减少,Zn3d峰的面积减小,说明质子辐照过程中氧空位的数量增加。光致荧光光谱解析表明,随质子辐照注量增加,单电离氧空位逐渐成为主要的辐照缺陷。慢正电子湮没光谱的解析也证实了这一点。傅里叶红外变换光谱解析表明,ZnO的存在使硅树脂的降解方式发生了改变,由硅树脂单独辐照降解生成环三硅氧烷改变为辐照ZnO/硅树脂白漆降解生成硅羰基。硅羰基的生成,使得ZnO/硅树脂白漆的?ρλ谱发生红移。SRIM模拟结果表明,有机硅树脂粘接剂的损伤会使ZnO白漆的光学退化加剧。 通过谱反射吸收峰解析,揭示出质子和电子辐照ZnO/硅树脂白漆时,均可形成9种色心,包括:复合发光带;VZn;p-心;V-心;VO??;Frenkel;F+心;F心及F-心。质子辐照还可使粘接剂硅树脂降解生成硅羰基,并导致n→π*跃迁。200keV质子辐照条件下,ZnO/硅树脂白漆中色心的累积动力学过程呈现先快速增长而后趋缓的总变化趋势。不同种类色心浓度增长速率不同。氧空位型色心浓度增长快。而n→π*跃迁型色心浓度增长慢。在色心浓度演化动力学分析的基础上,建立了色心浓度随质子辐照注量变化的定量关系表达式,与太阳吸收比增量?αs的变化吻合良好。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:O484.4

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 梁志强;ZnO微纳结构制备及光学性能研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 赵志明;NPN型晶体管辐射损伤及退火效应研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 周博;改性ZnO基有机热控白漆的合成与表征[D];哈尔滨工业大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王海涛;月球车热控关键问题研究及材料光谱性质的选择性调节[D];中国科学技术大学;2010年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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2 沈策;新型Ce~(3+)离子和SnO_2掺杂玻璃的发光性能研究[D];华东理工大学;2011年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王旭东;顾鹏飞;李春东;何世禹;杨德庄;;ZnO白漆空间性能退化的地面恢复与保护研究[J];材料工程;2011年01期
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
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【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 孔富家;MOS型器件辐照损伤及退火效应研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
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3 张可喜;给植物吸氧[N];农民日报;2001年
4 记者 陶晓 通讯员 张雪梅;荷叶效应——涂料领域的新突破[N];中国建设报;2002年
5 张涛;刷新世界的愿望从这里实现[N];威海日报;2010年
6 本报记者 张家勋;申得欧:“理性筑造”成就灵感空间[N];中国房地产报;2004年
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8 本报记者 明鸣;谁是我国有机硅市场的赢家[N];中国高新技术产业导报;2002年
9 刘燕秋;国际化工电子商务趋呈多样化[N];中国化工报;2000年
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中国博士学位论文全文数据库 前5条
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3 所俊;SiC陶瓷及其复合材料的先驱体高温连接及陶瓷金属梯度材料的制备与连接研究[D];国防科学技术大学;2005年
4 隋磊;乙烯基聚硅氧烷口腔印模材料制备与性能研究[D];四川大学;2007年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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3 汪晓璐;无溶剂型苯基乙烯基透明硅树脂的制备及性能研究[D];北京化工大学;2012年
4 李英妮;氟硅树脂涂料的研制与评价[D];济南大学;2013年
5 陆世浚;硅橡胶/硅树脂复合微粉的研究[D];浙江大学;2005年
6 贺楠男;硅树脂改性桐油醇酸树脂水性绝缘漆的研究[D];合肥工业大学;2010年
7 林欣;新型嵌段苯基硅树脂的设计及制备[D];北京化工大学;2010年
8 李豫;MQ硅树脂的制备及其在无卤阻燃导热有机硅电子灌封胶中的应用研究[D];华南理工大学;2011年
9 段力群;硅树脂转化制备粉体SiOC微/介孔陶瓷研究[D];国防科学技术大学;2010年
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