氮離子輻照對PI和TiO2-PI材料性能與結構的影響.pdf

1、本文以PI及TiO2/PI材料作為研究對象，利用紫外/可見分光光度計、四探針電阻測量儀來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構演化與損傷缺陷，在此基礎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理。
　　研究結果表明，氮離子輻照聚酰亞胺引起材料光學性能和電學性能的顯著變化，輻照后，聚酰亞胺的顏色逐漸加深，透過率

2、隨著注量的增加而降低；但是當?shù)x子注量達到5E15cm-2以上時，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，電阻率隨著輻照注量的升高而降低，當?shù)x子注量達到5E15cm-2以上時，表面電阻顯著降低至103Ω·cm量級，表明材料表面已經(jīng)“金屬化”。相對于100keV氮離子，150keV氮離子輻照這種演化傾向更為明顯。對聚酰亞胺的EPR譜和結構表征分析表明，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、沒有因為氮離子的注入而增加，反而會快速降低至約2at.％后基本保持不變，同時材料出現(xiàn)明顯的石墨化傾向。EPR結果表明，在聚酰亞胺中氮離子輻照自由基會隨著輻照注量的增加而顯著增加，但是當?shù)x子注量達到5E15cm-2以上時，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。上述結果的綜合分析表明，當輻照位移吸收劑量（與能量無關）約為3E10rad以上時，材料發(fā)生了明顯的絕緣體—金屬（半導體）轉變。論文基于上述結果，提

4、出了聚酰亞胺的氮離子輻照石墨化演化機理。
　　針對表面沉積納米TiO2防護層的聚酰亞胺材料，氮離子輻照對聚酰亞胺的損傷行為（如輻照石墨化過程、自由基演化規(guī)律）與上述沒有防護的材料基本相同，以致光學性能演化、電性能退化規(guī)律類似。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，表面化學狀態(tài)因Ti、O元素的存在而發(fā)生明顯變化；同時，氮離子輻照會造成TiO2的顯著濺射效應，氮離子注量達到1E16cm