Влияние факторов космического пространства на накопление собственных дефектов в оксиде цинка и терморегулирующих покрытиях на его основе тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

,-> л ° #

На правах рукописи

л %

Шарафутдиноаа Влада Владиславовна

ВЛИЯНИЕ ФАКТОРОВ КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА НА НАКОПЛЕНИЕ СОБСТВЕННЫХ ДЕФЕКТОВ В ОКСИДЕ ЦИНКА И ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЯХ НА ЕГО ОСНОВЕ

Специальность 01.04.10 < физика полупроводников и

диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата физико - математических наук

Благовещенск -1997 г.

Работа выполнена на кафедре электроизоляционной и кабельной техники Томского политехнического университета.

Научный руководитель: доктор физико- математических наук,

профессор, академик РАЕН Михайлов Михаил Михайлович

Официальные оппоненты: доктор физико- математических наук

Ведущая организация: Томский университет систем управления и радиоэлектроники (г. Томск).

Защита диссертации состоится ' 23 " декабря 1997 г. в_9_ часов на заседании Совета по защите диссертаций Д 200.20.01 Президиума ДВО РАН при Амурском комплексном научно- исследовательском институте по адресу: 675006, г. Благовещенск, пер. Релочный, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АмурКНИИ ДВО РАН.

Автореферат разослан" ноября 1997 г.

Учёный секретарь Диссертационного Совета,

Смирнов Серафим Всеволодович,

кандидат физико- математических наук Панкин Сергей Викторович

к. ф.- м. н.

/Астапова Е.С./

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Воздействие факторов космического пространства (ФКП) на терморегулирующие покрытия (ТРП) приводит к изменению диффузного отражения (Др) и интегрального коэффициента поглощения солнечного излучения (Да*), что может вызвать преждевременную деградацию систем пассивного терморегулирования космического летательного аппарата (КЛА). Поэтому в этой области науки существуют две проблемы: разработка и создание ТРП, обладающих высокой радиационной стойкостью, и разработка физических моделей деградации, позволяющих научнообоснованно прогнозировать изменение их оптических свойств в условиях орбитального полёта на конфетных орбитах. Решение этих проблем определяется знаниями физических процессов, происходящих при действии ФКП и механизмов деградации ТРП.

До настоящего времени прогнозирование работоспособности покрытий осуществляли по изменению рабочей харахтеристики-интегрального коэффициента поглощения солнечного излучения оц , который в наземных испытаниях определяется по спектрам диффузного отражения (р*) в солнечном диапазоне ( 0,22 - 2,1 мкм) до и после облучения образцов в форсированных режимах.

Используемые для прогнозирования физико-математические или статистические модели деградации ТРП получены с определённой степенью приближения, в основе своей описывают изменения интегральной характеристики, определяемой суммой полос поглощения, наведённых облучением. Оптимальным было бы решение этой задачи путём изучения кинетики изменения коэффициента поглощения каждого дефекта с последующим

интегрированием по всему спектру Солнца. Для этого необходимо разностный спектр диффузного отражения (Арх) ТРП корректно разложить на индивидуальные полосы.

Цель диссертационной работы: исследование закономерностей изменения полос поглощения собственных точечных дефектов оксида цинка и ТРП на его основе, облучённых протонами, электронами, солнечным электромагнитным излучением (ЭМИ) раздельно и одновременно в условиях, имитирующих космические. Для этого необходимо:

- получить спектры Арк после облучения протонами, электронами, ЭМИ раздельно и совместно;

- выбрать оптимальный метод разложения интегрального контура на индивидуальные составляющие;

- получить полосы собственных точечных дефектов разложением интегральной полосы на составляющие;

- провести анализ кинетики изменения интенсивности полос поглощения собственных дефектов.

Научная новизна При решении поставленных задач получены следующие новые результаты:

1. Кинетические кривые накопления собственных дефектов при раздельном и одновременном облучении электронами, протонами и ЭМИ описываются степенной функцией, зкспонентой или суммой двух экспонент, коэффициенты которых определяются типом дефекта и типом отражающего покрытия.

2. Накопление свободных электронов в зависимости от % изменяется по степенному закону, показатель степени которого для рассматриваемых покрытий меняется в пределах 1,7 - 2,15 в зависимости от типа покрытия , вида и энергии воздействия.

3. Накопление свободных электронов в зависимости от потока ускоренных электронов изменяется по кривой с максимумом,

положение которого зависит от типа ТРП и совпадает со значением потока, соответствующего изменению скорости роста коэффициента поглощения сц.

4. Концентрация центров окраски, обусловленных собственными точечными дефектами, с ростом энергии электронов от 10 до 100 кэВ изменяется по кривой с максимумом в диапазоне 10-20 кэВ, определяемым распределением ионизационных потерь энергии в гпО и зависимостью концентрации дефектов от энергии ускоренных электронов.

5. Совместное действие на ТРП (гпО+ полиметилсилоксан) электронов, протонов и ЭМИ не аддитивно раздельному воздействию в диапазоне времени 0 - 100 часов с ускоренностью % = 5 для центров окраски в видимой и свободных электронов в инфракрасной (ИК) областях спектра.

Практическая ценность работы заключается в том, что на основании результатов проведённых исследований была разработана методика разложения интегрального контура в диапазоне длин волн 0,3 - 2,2 мкм на индивидуальные составляющие, включающие полосы поглощения собственных точечных дефектов, поглощение свободными электронами и хемосорбированными газами.

Полученные экспериментальные и расчётные результаты могут быть использованы при создании моделей и проведении расчётов прогнозирования оптической деградации терморегулирующих покрытий.

Результаты работы вносят вклад в разработку новых ТРП, так как они способствуют пониманию механизмов деградации под действием факторов космического пространства.

Защищаемые положения:

1. Методика разложения спектров диффузного отражения порошка 2пО и покрытий на его основе на элементарные составляющие в диапазоне длин волн 0,3 - 2,2 мкм.

2. Результаты исследований влияния потока электронов с энергией 30 кэВ и энергии электронов в диапазоне 10 -100 кэВ на накопление собственных точечных дефектов в ТРП на основе ZnO.

3. Особенности накопления элементарных дефектов в покрытиях на основе 2пО при облучении протонами.

4. Влияние ЭМИ Солнца и одновременного воздействия электронов, протонов и ЭМИ на оптические характеристики порошков ZnO и покрытий на его основе.

Апробация работы , Материалы диссертационной работы были доложены и обсуждены на : Всеросийской научно- технической конференции 'Создание защитных и упрочняющих покрытий с использованием концентрированных потоков энергии" (г. Барнаул, 1996 г.), 4-ой Казахстанской конференции по физике твёрдого тела ( г.Караганда, 1996 г.), VI-ом Межнациональном совещании •Радиационная физика твёрдого тела" (г. Севастополь, 1996 г.), Abstracts KORUS' 97 "The 1st Korea- Russia International Symposium on Science and Technology " (Republic of Korea: Ulsan, 1997 ), Fourth Sino - Russian Symposium "Advanced Materials and Processes" (China, Beijing, 1997).

Публикации Результаты диссертации изложены в 8 научных публикациях. Список работ приведён в конце автореферата. Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Она содержит 115 страниц машинописного текста, иллюстрируется 36 рисунками, 8 таблицами. Список цитированной литературы включает 103 наименования работ отечественных и зарубежных авторов.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, показаны научная новизна и практическая ценность работы. В первой главе приведён литературный обзор работ, посвящённых влиянию корпускулярных и электромагнитного излучений на деградацию оптических свойств порошков оксида цинка и терморегулирующих покрытий на его основе. Так как орбиты космических летательных аппаратов (КЛА) проходят через одну или несколько областей космического пространства и подвергаются раздельному, одновременному и последовательному действию ионизирующих излучений (ИИ), при этом потоки частиц не моноэнергетичны, а охватывают широкий спектр энергий, то рассмотрены условия воздействия космического пространства в каждой его области на материалы КЛА.

Показано, что при воздействии ИИ на геостационарной орбите ( Я = 36000 км в плоскости экватора, проходящей через радиационные пояса Земли (РПЗ) и область межпланетного пространства(МП), появляется полоса наведённого поглощения в области 400 - 700 нм, а также увеличение оптической плотности в ближней инфракрасной (ИК) области спектра и сдвиг длинноволнового края собственного поглощения в длинноволновую область спектра. Полоса наведённого поглощения в ближней УФ и видимой областях спектра является сложной и изменение диффузного отражения связано с возникновением дефектов в объёме порошка и на его поверхности, а за увеличение поглощения в ближнем ИК - диапазоне ответственны свободные электроны и хемосорбированные газы.

Рассмотрены основные механизмы прохождения заряженных частиц( электронов, протонов) разных энергий через вещество.

Во второй главе описана схема установки со спектрофотометром высоковакуумного исполнения "Спектр- 1", содержащей источник ЭМИ ( лампа ДКСР- 3000М), имитирующий спектр Солнца в диапазоне длин волн 0,2- 2,2 мкм, источники электронов, протонов, имитирующие электроны и протоны радиационных поясов Земли, а также систему напуска газов и контроля их парциального давления и схему измерений в вакууме отражательной способности непрозрачных материалов абсолютным методом с использованием шарового фотометра в диапазоне длин волн 0,3- 2,2 мкм. Ошибка определения р в УФ и видимой областях спектра составляет 0,2-0,3% абсолютных, в ближней ИК - области она достигает 6 %.

При экспериментальном исследовании регистрируемый аппаратурой спектр диффузного отражения облучённых порошков гпО и изготовленных на их основе ТРП часто является суперпозицией ряда независимых полос. В случае значительного перекрытия таких полос определение их параметров (энергетическое положение - Етах, полуширина - Н1/2 и интенсивность - 1) затруднено. Поэтому для индентификации природы дефектов анализировали различные математические методы разложения сложного контура на индивидуальные составляющие. На основании анализа особенностей, достоинств и недостатков каждого метода, а также результатов их практического применения к разложению сложных спектров сделан вывод о том, что в наибольшей мере отвечать поставленной задаче может, предложенный Лебенбергом метод затухающих наименьших квадратов (ЗНК), позволяющий получить решение в случае достаточно грубых начальных приближений.

Для однозначности разложения спектра Др* на индивидуальные составляющие необходимо задание Ета)(, Нш и формы отдельных полос. Согласно зависимости Фойгта, предельным выражением

которой при больших температурах - Т » ед,( 0Д - температура Дебая, для оксида цинка ея~ 145 К) - является распределение Гаусса форма отдельных полос поглощения может быть представлена гауссовой кривой.

Проведённые расчёты показали, что спектры поглощения, наведённые ЭМИ, электронами, протонами могут быть представлены суперпозицией отдельных полос с

максимумами на 3.130.02; 3,031 0.02; 2.8310.02; 2.6410.02; 2.46 10.04; 2.23 i 0.02; 2.03 1 0.03; 1.86 10.04; 1.64 0.04 зВ (рис. 1). Эти полосы можно оттовдествить с центрами окраски: , Р+-. центрами, У2П", (\/2П' - 2п,°Х , Р-центрами, У2Д К(\А>), К-,(\/гп), К2(Угп), соответственно. Здесь К(\Л>), Кч(\/гп), К2(\/гп) - комплексные дефекты с участием вакансий кислорода и цинка. Полуширина полос поглощения согласно проведённому расчёту составляет 0,2; 0,02 эВ для Р\ ? - центров и 0,32 ^ 0,04 эВ для Уг„', (Угп~ - 2п?у , Угл2'-центров. Для К№гп) были получены значения 0,221 0,01 эВ, что согласуется с оценками, сделанными на основании сигналов ЭПР радиационных дефектов в оксиде цинка.

За краем сновного поглощения в полупроводниках наблюдается неселективное поглощение, возрастающее с длиной волны (Д.), характерной чертой которого является зависимость типа а»Хк, где к не является постоянной величиной и зависит от характера рассеяния носителей в кристаллической решётке.

эЗ £5 23 5л ТЗ

Рис. 1 Спектр наведенного поглощения (1), полссы поглощения собственных точечных

дефектов и спектральная погрешность

расчетов (2) отражающего покрытия гпО + потмвтилсштоксан, сбяуч©нного электронами (Ев » 30 гаВ, Ч = 2 Юпсм'5с'1, Ф=М0,7см"г, Т-293К).

Помимо неселективного поглощения свободными электронами экспериментально в этой области спектра регистрировали полосы поглощения при 1.37; 1.19; 1.08; 0.96; 0.87; 0.73; 0.65; 0.61 эВ с полушириной 0,04-0,06 эВ (рис. 2) , которые на основании проведённой идентификации приписаны хемосорбированным газам - кислороду, водороду, ОН- группам. Поэтому можно считать, что в ближней ИК-области спектр поглощения 2пО и ТРП на его основе определяется поглощением свободными электронами и хемосорбированными газами.

Рис. 2 Спектр поглощения 1пО (1), облучённого электронами (Ее=30 кзВ, Ф ® 2 1017 см"2, Т= 293 К).

Поглощение свободными электронами (2) и полосы хамосорбироаанных газов (3).

в, эВ

Таким образом, вышеописанная методика позволяет разлагать экспериментальные спектры наведённого поглощения порошков гпО на составляющие, обусловленные собственными точечными дефектами, свободными электронами и хемосорбированными газами. Суммарное поглощение этих составляющих даёт удовлетворительное совпадение с интегральной кривой.

В третьей гпаве приведены результаты исследования изменений спектров диффузного отражения и интегрального коэффициента поглощения а* ТРП ВЭ-16 (гпО + полиметилсилоксан), ТП -15 ( гпо + Кг^Оз), ТР- СО -10 (гпо + асбест + полиметилсилоксан ), ТР-СО-2 с Сс! (гпО с повышенным содержанием кадмия + КгЭОз), облучённых электронами с энергией 10 - 60 кэВ в диапазоне потоков 3'10м-41017 см2.

Приведено разложение полученных спектров наведённого поглощения на индивидуальные составляющие. Выполнен анализ полученных результатов: кинетики накопления собственных точечных дефектов и свободных электронов.

Кинетика изменения интегральной полосы поглощения и интенсивности индивидуальных полос поглощения показывает, что при малых потоках электронов изменение коэффициента а* определяется простыми электронными и дырочными центрами окраски. При увеличении потока электронов существенным или даже равным становится вклад сложных комплексных дефектов, обусловленных ассоциациями простых дефектов. Кинетические кривые накопления Р, - центров и Угя" , \/гп2" (рис. 3) покрытий ТП-15, ВЭ-16, ТР-СО-Ю удовлетворительно описываются степенной функцией, зкспонентой или суммой двух экспонент в зависимости от типа дефекта и типа отражающего покрытия. Наличие двух кинетических кривых указывает на два механизма образования Л Р.*

•ЛКа""" * , ^ Р

А Рис. 3 Кинетически» кривые

накопления Р+( О , п, А), айг^й^^-й—а—О , Д) - центров (а) и

40

30

20

10

О 60

40

30

29

10

о

О0"' ТР-СО-Ю (-£,-).

X . '

Л а

о-? -¡2

'____

17,« 17,5

Угп;(в,н,4), \Лп (О , О, Д) (б) покрытий ТП-15(—о—■), ВЭ-16 (-0-),

15,5 1$,0 18,5 17,« 17,5 1дФ! сыг)

в

центров окраски, один из которых связан с дорадиационными дефектами на поверхности, другой - с разложением решётки оксида цинка.

В области 2,03 - 0,59 эВ наблюдается поглощение хемосорбированными газами и свободными электронами. Показатель степени коэффициента поглощения свободными электронами в зависимости от длины волны для оксида цинка и ТРП на его основе изменяется в пределах 2 - 2,5 для различных потоков ускоренных электронов и типов покрытий. Такие значения показателя степени говорят о том, что при воздействии электронов с энергией 30 кэВ свободные электроны рассеиваются преимущественно на оптических фононах.

Установлена зависимость Ар от потока ускоренных электронов для ближней ИК - области с максимумом, соответствующим критическому значению потока, определённого по поглощению в видимой области спектра. Такое соответствие указывает на взаимосвязь процессов образования и накопления электронных центров окраски и свободных электронов.

Максимум наблюдается и в зависимости Ар от энергии электронов для основных полос поглощения рассматриваемых покрытий (рис.4).

Рис.4 Влияние энергия электронов на накопления Я^в), Р(Г) - центров, Узп (•), Угп2" («•►), ближних пар Френкелями с1а4(<>)

покрытия ТР-СО-Ю

(Ф= 4-101й см"2)

ЕкэВ

Для всех анализируемых полос наблюдается максимум в диапазоне 10 - 20 кэВ с наиболее вероятным значением около 15 кэВ. В значениях изменений интегрального коэффициента поглощения (Да* ) также заметно наличие максимума в этом диапазоне энергий. Полученные закономерности накопления ЦО

коррелируют с распределением потерь энергии электронов в 2пО. В этом диапазоне энергий воздействие электронов приводит только к ионизационным процессам, следствием которых может быть образование электронно- дырочных пар, экситонов и в дальнейшем разложение оксида цинка по полупроводниковому механизму. Вид зависимости Др = Т(Е) с максимумом в области примерно 15 кэВ обусловлен двумя процессами, определяющими концентрацию центров окраски в анализируемом слое:

- число дефектов и центров окраски в материалах на всей глубине пробега должно быть пропорционально энергии электронов в какой-то степени:

= , (1)

- в диапазоне 5 - 60 кэВ для 2пО максимум потерь энергии с ростом энергии ускоренных электронов будет уменьшаться по величине и смещаться по толщине слоя экспоненциально:

„х(мах) = Кзе"к'х , (2)

Поскольку концентрация центров окраски в фоточувствительном слое будет определяться произведением функций (1) и (2)

Мфчс= N4,, ж(мах) = КбЕКг• е"к4>< , (3)

то с ростом энергии и толщины слоя она будет изменяться по кривой с максимумом.

Что касается закономерности накопления свободных электронов, то в зависимости от энергии ускоренных электронов наблюдается монотонное увеличение их концентрации по степенному закону.

В четвёртой главе приведены полученные в работе спектры диффузного отражения и расчитанные по ним разностные спектры диффузного отражения покрытий ВЭ - 16 ( гпО + полиметилсилоксан ) , ТР- СО- 10 ( гпО + асбест + полиметилсилоксан ), ТР-СО-2 с Сс! (2пО с повышенным

содержанием кадмия + Кг&Оз), облучённых протонами с энергией 3,4 кэВ в диапазоне потоков 11014 -1,11016 см"2. Рассмотрено изменение коэффициента диффузного отражения в диапазоне длин волн 0,32- 2,1 мкм для ТРП 2пО + КуйОз , облучённых протонами с энергией 3,4 кэВ потоками (Ф) 51014 -1016 см'2 при ф = 61011 см"2 с'1 и с энергией 500 кэВ потоком 1 101е см"2 *> в глубоком безмасляном вакууме ( Р< 10"5 Па ) при температуре 300 К.

Вид спектров Лр* и соотношение интенсивностей поглощения полос элементарных дефектов в данном покрытиии после облучения протонами столь разных энергий определяется закономерностями потерь энергии: при Е=3,4 кэВ основной вклад в потери энергии дают упругие соударения, при Е= 500 кэВ - ионизационные потери. Энергия, при которой вклад этих видов потерь для гпО одинаков равна 26 кэВ. Поэтому при Е = 3,4 кэВ в спектрах определяющими являются полосы, обусловленные, в основном, смещением атомов - полосы центров, V»,' и ближних пар Френкеля. При Е= 500 кэВ в спектрах в большей степени разрешаются полосы , обусловленные как смещением, так и ионизационными процессами в катионной и анионной подрешётках гпО: полосы Р°- центров, Угп2*, комплексы электронных и комплексы дырочных центров. В итоге при одинаковых примерно значениях Ар в максимуме интегральной полосы (а- 20% для 3,4 кэВ, б- 23% для 500 кэВ) вид кривых существенно различается.

Проведено сравнение интегральных полос поглощения и элементарных составляющих двух типов покрытий с одинаковым пигментом 2пО(» 80 %), но различными связующими (« 20%) -органическим ( полиметилсилоксан ) и неорганическим ( Кг5Юз ), облученных протонами с энергией 3,4 кэВ потоком 31015 см"2 и 110те см""2. Значение Ар% этих покрытий неодинаково: большие

изменения рх наблюдаются у ТРП с органическим связующим(ВЭ-16), у покрытия с неорганическим связующим значение Др в видимой области меньше примерно в два раза. Разница в значениях Ар объясняется эффектом сенсебилизации - передачей поглощённой энергии от связующего к пигменту, которая более эффективна в случае органического связующего.

Расчитанные кинетические кривые накопления простых электронных и дырочных ЦО покрытий ВЭ-16, ТР-СО-Ю и ТР-СО-2 с Сй в максимумах полос поглощения удовлетворительно описываются экспоненциальной зависимостью:

Дрх =Дрт(1-е"кФ), (4)

где Др«- предельное значение изменений рх, взятое нами равным ряд, являющееся для данной длины волны суммой значений Др трёх полос поглощения - центральной и двух соседних; к - коэффициент, определяемый из эксперимента; и степенным законом:

Дрх. = а Ф р, (5)

где а и р - коэффициенты, определяемые из экспериментальных результатов.

Такой вид кинетических кривых можно объяснить тем, что на первой стадии облучения протонами накопление ЦО происходит в основном на дорадиационных дефектах, т.е. на дефектах решётки и , в основном, на дефектах на поверхности. Поскольку оксид цинка в исходном состоянии нестехиометричен по кислородной подрешётке ( недостаток кислорода - анионные вакансии), то при облучении происходит десорбция газов с поверхности, освобождение анионных вакансий и образование центров. Аналогичный

процесс происходит и с катионными вакансиями, но их концентрация на поверхности существенно ниже, чем анионных вакансий. На второй стадии облучения дырочные центры накапливаются болео

эффективно, чем электронные. Причиной этого может быть образование большего числа сложных электронных центров из элементарных, чем дырочных.

Расчёты спектров Арх в ближней ИК- области, выполненные по экспериментальным результатам показали, что поглощение свободными электронами описывается степенной зависисмостью а я хк, показатель степени которой для оксида цинка и ТРП на его основе изменяется в пределах 1,8- 2,15 в зависимости от потока протонов и типа покрытия, что существенно меньше значений, полученных при облучении этих покрытий электронами ( при одинаковых энергопотоках). Это может быть связано с тем, что потери энергии протонов малых энергий обусловлены, в основном, упругими соударениями, ионизационные процессы практически отсутствуют . При облучении ускоренными электронами с энергией в десятки кэВ потери энергии обусловлены ионизационными процессами и возбуждением системы.

•») Спектр Др>х покрытия на основе гпО и КгЭОз, облучённого протонами с энергией 500 кэВ представлен сотрудником НИИЯФ МГУ Соловьёвым Г.Г., за что автор выражает ему свою признательность.

В пятой главе изучали изменение спектров диффузного отражения порошка оксида цинка марки ОСЧ и покрытий на его основе с органическим ВЭ-16( гпО + ПМС) и неорганическим ТР-СО-2 с Сс1 (гпО + К^Оз) связующими от времени засветки лампой ДКСР- 3000М, имитирующей спектр электромагнитного излучения Солнца, а также влияние совместного действия факторов космического пространства ( электронов, протонов и ЭМИ) на спектры диффузного отражения.

Анализ спектров диффузного отражения облучённых ЭМИ порошков и покрытий на его основе показал, что основные изменения отражательной способности происходят в инфракрасной области спектра для гпО и в видимой области для ТРП. Причём форма полосы поглощения, наведённого в ТРП ЭМИ в видимой области совпадает с формой полосы поглощения , наведённой корпускулярным излучением. Это свидетельствует о том, что в пигментах покрытий независимо от вида излучений возникают одни и те же дефекты. Однако интенсивность поглощения в видимой области спектра при ЭМИ значительно ниже, чем при облучении протонами из-за процесса фотооджига дефектов на поверхности зёрен порошков.

В общем случае для терморегулируюицих покрытий на основе оксида цинка при воздействии ЭМИ показатель степени коэффициента поглощения свободными электронами при времени облучения 10 - 100 часов составляет 1,7- 2,15. Такие значения показателя степени свидетельствуют о том, что свободные электроны рассеиваются на акустических и оптических фононах. Показатель степени у покрытия с органическим связующим равен 2,12- 2,15, что значительно выше значений показателя степени у ТРП с неорганическим связующим {п= 1,7 - 2). Это может быть связано с увеличением концентрации сорбированных на поверхности пигмента газов, образующихся в процессе фотолиза органического связующего, в то время как жидкое калиевое стекло имеет более высокую стойкость к воздействию ЭМИ.

Качественное сравнение спектров Дрв и интенсивности индивидуальных полос при раздельном и одновременном облучении электронами, протонами и ЭМИ даёт картину образования точечных дефектов при том или ином воздействии. Однако изменения отражательной способности покрытия по всему спектру

при одновременном облучении нельзя объяснить действием только одного вида излучения или их комбинацией.

Показано, что как при раздельном, так и при совместном облучении электронами, протонами и ЭМИ кинетика изменения спектральной отражательной способности покрытия неодинакова. Наибольшей интенсивности вышеуказанные ЦО достигают при одновременном действии излучений. Однако изменение поглощательной способности покрытия при одновременном облучении не равно арифметической сумме оптических повреждений от раздельного воздействия излучений (Кад * 1) как в видимой (рис. 5 ), так и в ближней ИК областях спектра.

др.*

^ часы

Рис.5 Кинетика накопления Р*-центров покрытия 0Э-16 при раздельном облучении электронами (Е = 30 юВ. ^4.95"|О* см с"1 )(-»-). прогонами { Е«ЗкэВ.Ч» 1.25-10'° см-гс"')(>) и ЭМИ(Е,'= 5)Х-4-) .одновременном (Е,'=5) действии этих излучений (-?-) и арифметическая суша (-4-) откатого вида воздействия

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

В диссертационной работе был проведён комплекс экспериментальных исследований и расчётов оптических характеристик порошков оксида цинка и терморетулирующих покрытий на его основе. На основании выполненных исследований получены следующие результаты:

1. Проведённый анализ известных результатов по разностным спектрам диффузного отражения порошка гпО и покрытий на его основе показал, что в интегральной кривой в ультрафиолетовой и видимой областях спектра после облучения образуются собственные точечные дефекты анионной и катионной подрешёток. В ближней

ИК - области спектра поглощение обусловлено хемосорбированными газами и свободными электронами, изменяющееся с увеличением длины волны по степенному закону. Выполнен анализ способов разложения сложных спектров на элементарные составляющие. Показано, что наиболее корректным является метод затухающих наименьших квадратов. Разработана программа разложения спектров поглощения гпО и покрытий на его основе в области 0,3- 2,2 мкм на элементарные составляющие, получено удовлетворительное совпадение экспериментального спектра с суммой составляющих.

2. Исследовано влияние потока и энергии электронов на изменение спектров диффузного отражения, накопление центров окраски и свободных электронов в ТРП на основе 2пО. Накопление центров окраски описывается степенной функцией, зкспонентой или двумя экспонентами в зависимости от типа дефекта и типа отражающего покрытия. С ростом энергии ускоренных электронов от 10 до 60 кэВ концентрация центров окраски изменяется по кривой с максимумом в диапазоне Ю- 20 кэВ. Накопление свободных электронов в зависимости от потока ускоренных электронов изменяется по кривой с максимумом, а с ростом энергии ускоренных электронов монотонно увеличивается по степенному закону.

3. Исследование влияния протонов (Е= 3 кэВ, Е= 500 кэВ) на изменение спектров диффузного отражения показало, что вид спектров поглощения после облучения протонами определяется закономерностями потерь энергии. Накопление элементарных дефектов в зависимости от потока протонов при Е= 3 кэВ описывается степенной функцией и экспонентой , коэффициенты которых определяются типом дефекта и типом отражающего покрытия. Показатель степени коэффициента поглощения в ближней ИК- области спектра в зависимости от длины волны для протонов с потоками 51014-2 Ю16 см"2 составляет 1,8-2,15.

4. Исследовано влияние ЭМИ Солнца на ТРП с органическим и неорганическим связующими. Установлено, что у покрытия с органическим связующим поглощение в ближней ИК- области спектра выше из- за большей концентрации свободных электронов и сорбированных на поверхности пигмента газов. Коэффициент поглощения свободными электронами, также как и при облучении электронами и протонами, изменяется по степенному закону, показатель степени равен 1,5- 2,15. Установлено, что при данном виде воздействия в видимой области спектра разрешаются полосы поглощения собственных точечных дефектов, кинетика их накопления описывается степенной функцией.

5. Показано, что в условиях, имитирующих геостационарную орбиту (<ре = 9,9 108 см 2 с"1 при Е= 30 кэВ, <рр = 2,5 109 см"2 с"1 при Е= 3 кэВ) совместное действие электронов, протонов и ЭМИ на покрытие гпО + полиметилсилоксан не аддитивно раздельному воздействию данных излучений.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Михайлов М.М., Шарафутдинова В.В. О предельном потемнении оксида цинка при облучении электронами. II Всеросийской научно-технической конференции "Создание защитных и упрочняющих покрытий с использованием концентрированных потоков энергии" ; Тез. Докл.- Барнаул: БПУ, 1996 , С. 44- 45.

2.Михалов М.М., Шарафутдинова В.В. Разложение сложного контура поглощения оксида цинка на элементарные составляющие. II VI Межнациональное совещание" Радиационная физика твёрдого тела* : Тез. Докл.- Москва: МГИЭМ, 1996, С. 62 - 63.

3. Михайлов М.М., Шарафутдинова В.В. Влияние совместного облучения электронами, протонами и ультрафиолетом на накопление элементарных дефектов в системе ZnO+ полиметилсилоксан. II 4-я Казахстанская конференция по физике твёрдого тела : Тез. Докп.-Караганда: КГУ, 1996, С. 58.

4. MIKhailov М.М., SharaTutdinova V.V. The Regularities Research of Radiation Defects Accumulation in Space Vehicles Thermoregylating Coatings. II The 1st Korea- Russia International Symposium on Science and Technology: Tez. Doc.- Republic of Korea: Ulsan, 1997, P. 16.

5. Mikhailov M.M., Sharafutdinova V.V. Syenergy Effects under Seperate and Combined Irradiation of Reflecting Coatings based on ZnO with Protons, Electrons and Solar Electromagnetic Radiation. // Fourth Sino - Russian Symposium " Advanced Materials and Processes ": Tez. Doc.- China, Beijing , 1997, P. 269.

6. Михайлов M.M. Шарафутдинова В.В. Полосы поглощения собственных точечных дефектов облучённого оксида цинка. II Из. Вуз. Физика, 1997, Na 9, С. 106 -112.

7. Михайлов М.М., Шарафутдинова В.В. Особенности накопления собственных точечных дефектов в терморегулирующих покрытиях космических аппаратов на основе ZnO при облучении электронами. II Из. Вуз. Физика, 1998, № 4, в печати.

8. Михайлов М.М., Шарафутдинова В.В. Влияние энергии электронов на накопление центров окраски в отражающих покрытиях на основе ZnO. II Из. Вуз. Физика, 1998, Na 4, в печати.

Государственный комитет по высшему образованию Российской Федерации Томский государственный университет

Редакция журнала "ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. ФИЗИКА"

634050. г.Томск, телефон: (382-2) 233335

пл. Революции, 1 факс: (382-2) 233034

E-mail; root@eccspti.tomsk.su

"_"_19_г. № sf&Z-_

на №__от -/Г /о. _

Редакция подтверждает, что статьи Михайлова М.М Шарафутдиновой В.В. "Особенности накопления собственнь точечных дефектов в терморегулирующих покрытиях космически аппаратов на основе ZnO при облучении электронами" и "Влияни энергии электронов на накопление центров окраски в отражающи покрытиях на основе ZnO" выйдут в четвёртом номере ( № 4 ) 199 года.

Отв. секретарь

редакции _ / Портнова Т.С. /