质子/电子辐照对Si Pcs/PAN复合材料荧光性能影响及机制

摘要

酞菁材料是一类具有优异荧光、发色等多功能特点且环境稳定性好的有机材料，具有特殊环境下使用潜力，本文以空间环境应用为背景，以酞菁硅/聚丙烯腈（SiPcs/PAN）复合材料为研究对象，利用空间环境综合模拟设备进行了质子/电子辐照实验，并采用傅立叶变换红外光谱(FTIR)、X-射线衍射分析(XRD)、电子顺磁共振谱分析(EPR)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)等分析测试方法系统研究了SiPcs/PAN复合材料荧光性能退化规律及损伤机理。
　　研究结果表明SiPcs/PAN复合材料在715nm处存在强的光致荧光发射，其源于酞菁硅的大苯环共轭结构。该复合材料在质子/电子辐照后，荧光强度随辐照注量快速下降，但荧光峰的峰位、峰宽却不变，质子/电子辐照注量达到1E15cm-2时，荧光发射几乎湮灭，质子/电子综合辐照会使荧光性能下降，质子/电子综合辐照会使荧光性能下降更快，材料的损伤程度增加。
　　对比辐照前后的结构分析表明；质子辐照、综合辐照的红外光谱的吸收峰、XRD图谱的衍射峰随辐照注量有序降低，说明辐照损伤材料的官能团及晶态有序性，电子辐照的红外光谱及XRD图谱变化不明显；XPS结果表明；带电粒子辐照后材料碳化趋势明显，氮含量降低，这主要是源于基体聚丙烯腈C≡N键的降解，这些结果表明，酞菁硅在带电粒子辐照条件下稳定性较好，大苯环共轭结构稳定。
　　电子顺磁共振谱分析分析表明；带电粒子辐照能产生明显的热解碳自由基，且浓度随辐照注量的增加而明显增加。基于上述分析，自由基主要形成于聚丙烯腈中，在酞菁硅也存在自由基，由此确定，SiPcs/PAN复合材料荧光性能的下降主要是由于辐照自由基成为载流子的陷阱，这大大降低了光致荧光产率，自由基增加更进一步降低荧光强度。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景及目的和意义

1.2 空间中航天器运行的环境

1.3 带电粒子辐照损伤效应研究

1.4 酞菁类化合物简介

1.5 SiPcs/PAN复合材料的性质及应用

1.6 课题主要研究内容

第2章 试验材料及分析测试方法

2.1 试验材料

2.2 辐照设备及实验方案

2.3 材料结构与性能分析

第3章 SiPcs/PAN复合材料质子辐照损伤行为

3.1 质子辐照SiPcs/PAN复合材料的光致荧光性能演化

3.2 质子辐照SiPcs/PAN复合材料结构表征

3.3 质子辐照SiPcs/PAN复合材料自由基演化规律

3.5 质子辐照后SiPcs/PAN复合材料XPS分析

3.6 质子辐照下荧光性能退化机制分析

3.7 本章小结

第4 章 SiPcs/PAN复合材料电子辐照损伤行为

4.1 电子辐照SiPcs/PAN复合材料的光致荧光性能演化

4.2 SiPcs/PAN复合材料微观结构表征

4.3 电子辐照SiPcs/PAN复合材料自由基演化规律

4.4 电子辐照SiPcs/PAN复合材料SEM形貌分析

4.5 电子辐照后SiPcs/PAN复合材料XPS分析

4.6 本章小结

第5章 SiPcs/PAN复合材料质子/电子综合辐照损伤规律

5.1 质子/电子综合辐照SiPcs/PAN复合材料光致荧光性能

5.2 质子/电子综合辐照后SiPcs/PAN复合材料结构表征

5.3 SiPcs/PAN复合材料质子/电子综合辐照损伤机制

5.4 综合辐照SiPcs/PAN复合材料SEM形貌分析

5.5 质子/电子综合辐照SiPcs/PAN复合材料XPS分析

5.6 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢