电子辐照能量对Kapton/Al热控涂层光学性能的影响

研究了电子辐照时,电子能量与累积通量对Kapton/Al热控涂层光学性能的影响。采用原位测量的手段记录了辐照前后的光谱反射系数。试验结果表明,电子辐照后Kapton/Al热控涂层的反射性能,在太阳光谱辐射强度较大的300～1200nm波长区间产生较大程度退化。在电子辐照作用下,作为离子导电型聚合物的Kapton薄膜表面没有发现辐照充电效应。辐照后涂层材料存在"退火效应",或称"漂白效应"。Kapton/Al涂层太阳吸收比的变化量与电子辐照累积通量的变化关系成幂函数形式,其系数与指数的极大值与极小值分别出现在电子能量为50keV附近。在辐照累积通量相同时,该变化量随辐照电子能量的提高而增大。

原子氧与紫外综合辐照对Kapton/Al性能的影响

Kapton/Al薄膜二次表面镜是一种广泛应用的热控涂层,用于维持航天器表面正常的工作温度。本文利用激光源原子氧设备对Kapton/Al薄膜二次表面镜进行了原子氧与紫外综合辐照试验,试验前后通过高精度微量天平、扫描电镜、紫外-可见-近红外分光光度计及X射线光电子能谱仪等测试分析手段观察了材料质量损失、表面形貌、光学性能随辐照时间的演化规律,分析了试验前后Kapton/Al薄膜二次表面镜表面成份的变化。结果表明:Kapton/Al薄膜二次表面镜的质量损失随辐照时间的增加呈线性增大,原子氧与紫外综合辐照造成的质量损失明显高于单独原子氧作用产生的质量损失;试验后试样表面呈"地毯"状形貌,且随辐照时间的增加表面粗糙度变大;Kapton/Al薄膜二次表面镜的光谱反射系数随综合辐照时间的增加而降低,致使太阳吸收比的变化不断增大;试验后试样表面成份变化明显,说明原子氧和紫外环境与Kapton/Al薄膜二次表面镜表面发生了复杂的物理化学作用。

原子氧与紫外综合辐照下Kapton/Al结构变化

在激光源原子氧地面模拟设备中对Kapton/Al薄膜二次表面镜进行了原子氧与紫外综合辐照实验,研究了Kapton/Al薄膜质量及太阳吸收比的变化,重点关注了实验前后Kapton/Al薄膜表面结构及成份的改变。结果表明:Kapton/Al薄膜二次表面镜的质量随辐照时间的增加逐渐减小,太阳吸收比的变化趋势与之相反,随辐照时间的增加逐渐增大;综合辐照后Kapton/Al薄膜表面主要官能团数量呈下降趋势;综合辐照过程中材料表面C-C键、C-N键的破坏及在原子氧和紫外环境中重新结合成新的化学结构是造成Kapton/Al薄膜性能退化的主要微观机制,气体小分子的挥发是造成Kapton/Al薄膜质量损失的主要原因。

激光源原子氧对Kapton薄膜和Kapton/Al薄膜二次表面镜性能的影响

在模拟空间环境原子氧暴露条件下,采用激光源原子氧对热控涂层材料Kapton薄膜、Kapton/Al薄膜二次表面镜进行了不同剂量的暴露试验。研究了这两种材料的质量损失、表面形貌随原子氧暴露剂量的变化关系,以及Kapton薄膜的光谱透过率、Kapton/Al薄膜二次表面镜的光谱反射率和太阳吸收比Δαs随原子氧暴露剂量的演化规律。结果表明:两种材料的质量损失随原子氧暴露剂量的增加呈线性增大;原子氧暴露后,试样表面呈"地毯"状形貌,且随暴露剂量的增加粗糙度变大;Kapton薄膜的光谱透过率、Kapton/Al薄膜二次表面镜的光谱反射率随原子氧暴露剂量的增加而降低,Kapton/Al薄膜二次表面镜的太阳吸收比Δαs随暴露剂量的增加而增大。最后对Kapton薄膜的存在寿命和Kapton/Al薄膜二次表面镜绝热平面的平衡温度进行了预测。

Kapton/Al薄膜的电子辐照损伤

使用空间综合辐照设备对Kapton/Al薄膜进行了电子辐照的地面模拟实验,研究了Kapton薄膜的表面形貌、光学性能变化和辐照损伤机制,结果表明,辐照使Kapton薄膜表面发生了明显的充放电效应;在500-1000nm波长区间光谱反射系数明显降低,太阳吸收比随着电子辐照剂量的增加而增高;在辐照过程中Kapton薄膜发生酰亚胺基团的破坏、羰基和桥氧键的断裂以及O在N^+逸出空位处的替换,并有较复杂的新结构生成.

keV质子辐照对Kapton/Al光学性能的影响

采用空间综合辐照设备对Kapton/Al薄膜进行了质子辐照地面模拟试验,选取质子能量90keV,辐照通量5.0×1011cm-2.s-1。通过辐照前后光谱反射系数的变化考察了实验样品的光学性能退化特征。借助于反射光谱和紫外-可见吸收光谱和傅里叶转换红外光谱分析技术分析了辐照后Kapton/Al光学性能的退化机理。研究结果表明:辐照过程中样品表面发生了复杂的化学反应,随着辐照剂量的增加光能隙逐渐减小,Kapton吸收曲线的末端边缘发生红移并且在可见光区吸收强度增加。

质子辐照Kapton/Al的蒙特卡罗模拟

采用蒙特卡罗方法（MC方法），模拟了质子辐照时质子的能量损失、射程、射程偏离及其产生的空位缺陷和电离能损分布。模拟结果表明：入射能量在10～300keV区间，Kapton／Al对入射质子的阻止本领主要取决于电子阻止本领，在80keV出现峰值，可作为地面模拟试验能量选取的参考；质子在Kapton／Al中的射程分布可近似看作高斯分布，质子射程及其偏离随能量增加而增加；位移缺陷和电离作用是两个相对的过程，低能时主要表现为位移缺陷，高能时表现为电离作用。

防静电Kapton二次表面镜的电子辐照效应

文章研究防静电Kapton二次表面镜(ITO/Kapton/Al)在不同能量电子辐照后,太阳吸收比退化情况,并利用X射线光电子能谱仪(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)对样品表面的成分和形貌进行了分析。结果表明,相同电子注量下,电子能量越高,对样品的太阳吸收率退化作用越大;电子辐照对样品表面形貌影响不大,但是会降低表面氧化铟锡的含量;不同能量的电子对样品表面成分的损伤效应是一致的。

极轨航天器多层外表面充放电效应试验研究

利用空间带电粒子辐照试验台进行了太阳同步轨道航天器多层组件表面充放电试验,研究了常规与导电型(带ITO镀层)两种Kapton/Al薄膜在受到带电粒子辐照后的充放电情况和外观变化情况。试验结果表明,对于在近极地轨道运行的航天器,带ITO镀层的导电型Kapton/Al薄膜能够有效释放电荷、降低多层组件外表面对航天器地的电位差,本身不会形成放电损伤,比常规Kapton/Al薄膜更适合作为航天器多层外表面热控涂层。

热控涂层电子辐照效应

研究防静电Kapton二次表面镜(ITO/Kapton/Al)、S781白漆两种典型热控涂层,在不同能量电子辐照后太阳吸收比退化情况,并利用X射线光电子能谱和扫描电子显微镜对样品表面的成分和形貌进行了分析。结果表明:相同电子注量下,不同能量电子对样品的太阳吸收比退化作用程度是有区别的。而样品光谱反射率、表面形貌、表面成分的损伤效应类似,说明不同能量电子辐照下,样品的退化机理是一致的。

keV质子辐照Kapton/A1的能量传输过程

采用TRIM和SRIM2003软件模拟计算了10—300keV能量区间质子辐照Kapton/Al的能量传输过程．依据模拟结果选取了辐照能量参数,在室温真空条件下,采用空间综合辐照设备对Kapton/Al进行了质子辐照．借助于表面红外光谱技术,对Kapton的重要官能团特征峰做了定量分析,通过特征峰处吸光度的变化得到了典型分子键的损伤截面．平均损伤截面和电子能损的强烈依赖关系及TRIM计算结果一致说明keV质子辐照Kapton/Al的辐照损伤主要来自电子能损效应．太阳吸收比的变化趋势和模拟结果都表明在入射能量80keV附近,质子辐照Kapton/Al的辐照效应最大．