氮離子輻照對PI和TiO2-PI材料性能與結構的影響.pdf_第1頁
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文檔簡介

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

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