基于同步辐射研究LDPE/MWCNTs复合材料高能电子辐照损伤拉伸机理

摘要

随着航天事业的快速发展，对未来空间应用材料的各方面需求越来越引起人们的重视。由于空间环境恶劣，大量的带电粒子辐射对航天器的正常工作造成极大影响。空间带电粒子辐射环境包括地球辐射带、太阳质子事件和银河宇宙线。其中，地球辐射带中就包含着大量的高能质子与电子及少量的α粒子、C、O及一些其他离子。因此，对轻质、高性能和低成本的辐射防护材料提出了迫切需求。低密度聚乙烯/多壁碳纳米管(LDPE/MWCNTs)复合材料在强度与空间防护方面均表现出较好的材料性能，同时也可以满足轻质航天材料的需求，是具有发展潜力的未来航天理想材料。针对高能电子辐照条件下，LDPE/MWCNTs复合材料力学拉伸损伤机理的研究对该材料在航天工程上的应用具有重要的学术价值。
　　本文以同步辐射小角X射线散射(SAXS)的原位拉伸试验为主导研究方法，结合广角 X射线衍射(WAXD)技术以及电子顺磁共振(EPR)、拉曼光谱(Raman spectroscopy)、差示扫描量热(DSC)分析手段，得出拉伸变形过程中材料内部微观结构的演化规律及影响材料宏观力学拉伸性能的实质因素。拉伸试验结果表明，高能电子辐照条件下，不同辐照注量对材料拉伸行为产生不同影响，其中高注量辐照及多壁碳纳米管(MWCNTs)组元的添加均可使材料力学性能得到改善。SAXS及WAXD数据分析得到组元MWCNTs可抑制基体低密度聚乙烯(LDPE)的形变，在不同拉伸阶段材料片晶结构发生着不同的变化，而电子辐照对此过程中材料片晶结构的变化既有促进作用又有抑制作用，且辐照增强了组元MWCNTs与基体LDPE两相间的相互作用强度。Raman分析、DSC分析、EPR分析得出电子辐照抑制LDPE的化学键振动，促使MWCNTs石墨化程度增强，提高了材料结晶度。组元MWCNTs可有效清除基体LDPE因辐照所产生的自由基，且与电子辐照同样具有提高材料结晶度的作用。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 空间带电粒子辐射环境介绍

1.3航天器微电子器件的辐射损伤与防护

1.4 PE/CNTs复合材料的结构和性能特点

1.5辐照对CNTs复合材料的结构和性能的影响

1.6研究的目的和内容

第2章 试验材料及试验方法

2.1试验材料

2.2试验设备与方法

第3章 电子辐照注量对LDPE/MWCNTs复合材料拉伸性能的影响

3.1引言

3.2辐照后LDPE/MWCNTs复合材料的拉伸变形行为

3.3辐照后LDPE/MWCNTs复合材料拉伸过程SAXS数据分析

3.4辐照后LDPE/MWCNTs复合材料拉伸过程WAXD数据分析

3.5本章小结

第4章 电子辐照MWCNTs对LDPE力学性能及微观结构的影响

4.1 引言

4.2辐照前后LDPE与LDPE/MWCNTs复合材料的拉伸变形行为

4.3辐照后LDPE及LDPE/MWCNTs复合材料SAXS数据分析

4.4辐照前后LDPE及LDPE/MWCNTs复合材料EPR谱分析

4.5辐照前后LDPE及LDPE/MWCNTs复合材料Raman光谱分析

4.6辐照前后LDPE及LDPE/MWCNTs复合材料DSC分析

4.7本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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