电子与质子综合辐照下ZnO白漆的光学性能退化研究

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1、第27卷第5期航天器环境工程2010年10月SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING58l电子与质子综合辐照下ZnO白漆的光学性能退化研究王旭东1，李春东2，何世禹2，杨德庄2，顾鹏飞1(1．北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083；2．哈尔滨工业大学空间材料与环境工程实验室，哈尔滨150001)摘要：为研究电子与质子综合辐照中电子与质子间的协合效应，在模拟的空间环境下对$781白漆分别进行了10kev电子辐照、70keV质子辐照、和10keV电子与70kev质子综合辐照试验

2、。研究了辐照后$781白漆光谱反射系数和太阳吸收比的变化，计算了综合辐照效应的相加性系数。结果表明，10keV电子与70keV质子在$781白漆中的平均投影射程相近，辐照损伤机理相似，综合辐照存在协合效应，协合效应减弱光学性能退化。关键词：电子辐照；质子辐照；综合辐照；ZnO白漆；协合效应中图分类号：V416．5：TB303文献标识码：A文章编号：1673-1379(2010)05-0581-04DoI：10．3969／j．issn．1673-1379．2010．05．007O前言氧化锌白漆($781)是一

3、种典型的涂料型热控涂层，由氧化锌颜料和粘结剂两部分组成，通过颜料对太阳光的漫反射作用和粘结剂的红外辐射特性，来调节、控制航天器各系统和器件的表面温度川。研究表明，空间中的诸多环境因素，包括太阳电磁辐射【21、电子"】、质子【3，4，们、原子氧‘7·8】和污染‘9】等都会对氧化锌白漆的空间性能退化产生显著影响。因此，在轨运行中氧化锌白漆的性能退化是多种空间环境因素综合作用的结果。对此，国内外对氧化锌白漆进行了综合辐照地面模拟试验研究[3,10-15】，结果表明综合辐照试验能够更准确地反映氧化锌白漆太阳吸收比的

4、变化【10。11】。电子和质子是空间中主要的带电粒子。从效应模拟来看，氧化锌白漆的光学性能退化主要与低能量(10--200keY)的电子、质子有关。电子辐照下氧化锌白漆的光学性能退化源于辐照中氧化锌的电离效应。同样，我们近来的研究表明，10～150keV质子辐照下氧化锌白漆的光学性能退化同样源于辐照中氧化锌的电离效应。由此判断，电子与质子综合辐照下，电子和质子可能会由于辐照效应作用机理的相似性彼此影响，产生协合效应。为此，本文选择射程相近的10keV电子和70keV质子对$781白漆分别进行电子辐照、质子辐

5、照和电子与质子综合辐照试验，研究了3种辐照下$781白漆光谱反射系数(所)和太阳吸收比(aO的变化，分析了射程相近的电子辐照与质子辐照间的协合效应，以增进对实际空间中多因素耦合作用下氧化锌白漆光学性能退化的认识，为建立更加科学的地面模拟试验技术提供借鉴。1材料及试验方法试验选用国产$781白漆进行。试样由中国科学院上海有机化学所提供。白漆样品被喷涂于《blOmm的铝合金基板上，漆膜厚度为150～170“m。使用CnelcI'p综合辐照效应模拟器对3个S781白漆试样分别进行电子辐照、质子辐照和电子与质子综合

6、辐照试验。单因素辐照和综合辐照试验中，电子能量选取为10keV，通量为l×1012cm-2·s-1，注量为6×1015cm-2；质子能量选取为70keV，通量为5×1011crn．2·s～，质子注量为3×10”cIn-2；辐照过程中真空度在104Pa量级。Cnerrp是俄罗斯制造的一台空间综合辐照效应模拟器，可以在真空条件下进行电子、质子和紫外的单因素辐照试验以及多因素综合辐照试验，收稿日期：2010．01一03；修回日期：2010．09．13基金项目：国家自然科学基金项目(项目编号：50502006)；北

7、京市科技新星计划(项目编号：2008A029)作者简介：王旭东(1974～)，男，工学博士，副教授，主要从事空间材料的辐照损伤及地面储存环境试验研究。E-mail：xdwang@ustb．edu．cn．航天器环境工程第27卷电子能量输出范围5～100keV，质子能量输出范围3—100keV，紫外光谱输出范围200--400nm。辐照后，利用带有积分球的光学原位测试系统对试样进行原位(～104Pa真空下)光谱反射系数测试；并通过对太阳光谱辐照度积分的方法计算了辐照前后的太阳吸收比。2试验结果2．1电子辐照对样

8、品光学性能退化的影响10keV电子辐照后$781白漆的光学性能退化如图1所示。图10)给出了电子辐照前后的光谱反射系数。可见，电子辐照前$781白漆的反射光谱呈现出典型的氧化锌漫反射特性。在340～380hm，光谱反射系数只有20．0％左右；在380~520Rrn，光谱反射系数随波长呈明显的升高趋势，最大值达到86．4％：在520～2100rim，光谱反射系数总体上随着波长的增大而下降。电子辐照后，S781白漆的