帶電粒子輻照Z(yǔ)nO-硅樹脂白漆光學(xué)退化效應(yīng)及機(jī)理.pdf

1、ZnO/硅樹脂白漆是一類重要的熱控涂層，在航天器上具有廣泛的應(yīng)用?？臻g帶電粒子輻照環(huán)境作用下ZnO/硅樹脂白漆的光學(xué)性能退化，影響熱控系統(tǒng)乃至整個(gè)航天器的在軌服役壽命與可靠性。深入研究ZnO/硅樹脂白漆在空間輻照環(huán)境作用下的損傷效應(yīng)與機(jī)理，具有十分重要的工程應(yīng)用背景及理論研究?jī)r(jià)值。本文針對(duì)地球輻射帶大量存在的低能帶電粒子，采用地面模擬設(shè)備系統(tǒng)地研究了＜200keV的電子單獨(dú)輻照、質(zhì)子單獨(dú)輻照及質(zhì)子和電子綜合輻照對(duì)ZnO/硅樹脂白漆光學(xué)性

2、能退化的影響。采用光致熒光光譜、X射線光電子能譜等微觀分析手段，揭示了輻照缺陷產(chǎn)生的微觀機(jī)理，并通過譜反射吸收峰解析建立了色心濃度演化動(dòng)力學(xué)模型。
　　研究結(jié)果表明，能量小于200keV質(zhì)子輻照、電子輻照及質(zhì)子和電子綜合輻照對(duì)ZnO/硅樹脂白漆的光學(xué)性能退化具有不同影響。質(zhì)子輻照時(shí)光學(xué)性能退化主要發(fā)生在可見光區(qū)，而電子輻照時(shí)光學(xué)性能退化主要發(fā)生在近紅外區(qū)。質(zhì)子和電子同時(shí)輻照時(shí)光學(xué)性能退化在可見光區(qū)受質(zhì)子輻照控制，在近紅外區(qū)由電子輻

3、照決定。質(zhì)子和電子綜合輻照時(shí)，順序輻照和同時(shí)輻照對(duì)光學(xué)性能退化的影響相近。質(zhì)子和電子綜合輻照對(duì)ZnO/硅樹脂白漆光學(xué)性能退化的影響具有明顯的協(xié)合效應(yīng)。低注量綜合輻照時(shí)，光學(xué)退化效應(yīng)加??；而高注量綜合輻照時(shí)，光學(xué)退化效應(yīng)減弱?？諝獗┞妒筞nO/硅樹脂白漆光學(xué)性能退化發(fā)生回復(fù)的程度，電子輻照時(shí)最強(qiáng)，質(zhì)子和電子同時(shí)輻照時(shí)次之，質(zhì)子輻照時(shí)最小。質(zhì)子輻照在射程小于光學(xué)吸收層厚度的條件下，能量越高所產(chǎn)生的退化效應(yīng)越明顯。大注量電子輻照時(shí)，電子能量提

4、高不利于可見光區(qū)色心的形成。
　　X射線光電子能譜分析表明，隨質(zhì)子輻照注量提高，ZnO晶格氧的數(shù)量減少，Zn3d峰的面積減小，說明質(zhì)子輻照過程中氧空位的數(shù)量增加。光致熒光光譜解析表明，隨質(zhì)子輻照注量增加，單電離氧空位逐漸成為主要的輻照缺陷。慢正電子湮沒光譜的解析也證實(shí)了這一點(diǎn)。傅里葉紅外變換光譜解析表明，ZnO的存在使硅樹脂的降解方式發(fā)生了改變，由硅樹脂單獨(dú)輻照降解生成環(huán)三硅氧烷改變?yōu)檩椪語(yǔ)nO/硅樹脂白漆降解生成硅羰基。硅羰基的

5、生成，使得ZnO/硅樹脂白漆的ρλ譜發(fā)生紅移。SRIM模擬結(jié)果表明，有機(jī)硅樹脂粘接劑的損傷會(huì)使ZnO白漆的光學(xué)退化加劇。
　　通過譜反射吸收峰解析，揭示出質(zhì)子和電子輻照Z(yǔ)nO/硅樹脂白漆時(shí)，均可形成9種色心，包括：復(fù)合發(fā)光帶；VZn；p-心；V-心；VO；Frenkel；F+心；F心及F-心。質(zhì)子輻照還可使粘接劑硅樹脂降解生成硅羰基，并導(dǎo)致n→π*躍遷。＜200keV質(zhì)子輻照條件下，ZnO/硅樹脂白漆中色心的累積動(dòng)力學(xué)過程呈現(xiàn)先快