pi材料基础知识

问题描述

精选答案

PI及Ti O2/PI材料作为研究对象,利用紫外/可见分光光度计、四探针电阻测量仪来分析氮离子辐照前后的材料性能,利用电子顺磁共振、扫描电镜、拉曼光谱和X射线光电子能谱等表征氮离子辐照前后材料结构演化与损伤缺陷,在此基础上揭示氮离子辐照聚酰亚胺(PI)和Ti O2/PI材料性能影响规律,阐明其辐照损伤和性能演化机理。

研究结果表明,氮离子辐照聚酰亚胺引起材料光学性能和电学性能的显著变化,辐照后,聚酰亚胺的颜色逐渐加深,透过率随着注量的增加而降低;但是当氮离子注量达到5E15cm-2以上时,材料几乎不透光,表面变黑并且表现出金属光泽,反射率升高。

同时,电阻率随着辐照注量的升高而降低,当氮离子注量达到5E15cm-2以上时,表面电阻显著降低至103Ω·cm量级,表明材料表面已经“金属化”。相对于100ke V氮离子,150ke V氮离子辐照这种演化倾向更为明显。

对聚酰亚胺的EPR谱和结构表征分析表明,氮离子辐照将快速引起聚酰亚胺中羰基和氨基的降解,材料中氮的含量并没有因为氮离子的注入而增加,反而会快速降低至约2at.%后基本保持不变,同时材料出现明显的石墨化倾向。

EPR结果表明,在聚酰亚胺中氮离子辐照自由基会随着辐照注量的增加而显著增加,但是当氮离子注量达到5E15cm-2以上时,自由基的EPR微分谱峰宽显著下降,表示材料整体的电子状态发生了明显变化。

上述结果的综合分析表明,当辐照位移吸收剂量(与能量无关)约为3E10rad以上时,材料发生了明显的绝缘体—金属(半导体)转变。论文基于上述结果,提出了聚酰亚胺的氮离子辐照石墨化演化机理。

针对表面沉积纳米Ti O2防护层的聚酰亚胺材料,氮离子辐照对聚酰亚胺的损伤行为(如辐照石墨化过程、自由基演化规律)与上述没有防护的材料基本相同,以致光学性能演化、电性能退化规律类似。

但是,与裸聚酰亚胺材料相比,表面纳米Ti O2的存在使得在相同辐照条件下材料表面电阻更大,表面化学状态因Ti、O元素的存在而发生明显变化;同时,氮离子辐照会造成Ti O2的显著溅射效应,氮离子注量达到1E16cm-2时,表面层中的Ti含量从镀钛的7%降低至0.3%。

该论文的研究表明,氮离子辐照将显著改变聚酰亚胺材料的性能,为聚酰亚胺材料的改性和表面功能化提供了新的途径。