Polymerfilm består elektronkanontest

HSE forskere, sammen med kolleger fra RAN Institute of Organoelement Compounds og RAN Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, har undersøgt egenskaberne af en polyarylenether-keton-baseret copolymer (co-PAEK) til potentielle rumanvendelser. Co-PAEK film er meget modstandsdygtige over for elektrostatiske udladninger forårsaget af ioniserende stråling og kan dermed bruges som beskyttende belægning til rumfartøjselektronik. Undersøgelsens resultater er offentliggjort i Polymerer .

Rumfartøjets elektronik udsættes kontinuerligt for det omgivende rumplasma. Dens ioniserende stråling får elektrisk ladning til at akkumulere i dielektriske materialer ombord på rumbaserede køretøjer, fører til elektrostatiske udladninger, som kan resultere i svigt af elektroniske enheder og, ultimativt, af selve rumfartøjet.

I hele verden, kun tre forskningscentre er udstyret og bemandet til at studere virkningerne af ioniserende stråling på materialer, der bruges i rumfartøjskonstruktioner under praktisk talt virkelige forhold. Disse faciliteter er MIEM HSE Laboratory of Space Vehicles and Systems' Functional Safety (Moskva), John Robert Dennisons laboratorium ved Utah State University (Logan, Utah, OS.), og Thierry Paulmiers laboratorium i Toulouse, Frankrig.

Forskerne undersøgte de ledende egenskaber af co-PAEK-film ved først at forsyne filmprøver med meget tynde aluminiumelektroder via vakuumaflejring og derefter placere prøverne inde i et vakuumkammer udstyret med en elektronkanon. Ved at bombardere prøverne med ladningsbærere på 50, 000 eV, forskerne målte filmens strålingsinducerede ledningsevne forbundet med elektron-hul-par produceret af strålingen. Denne parameter afspejler, hvor effektivt materialer kan fjerne akkumulerede ladninger. I særdeleshed, forskerne undersøgte strøm-spænding (I-V) karakteristika, dvs. forholdet mellem den elektriske strøm, der passerer gennem filmen, og spændingen ved elektroderne; de fandt ud af, at på grund af deres superlineære I-V karakteristika, filmene er yderst effektive til at fjerne elektrostatiske ladninger. Forskerne undersøgte også filmenes skifteeffekt, dvs. polymerens evne til at lave en reversibel overgang fra en højohm til en lavohmsk tilstand i et stærkt elektrisk felt. Denne sidstnævnte tilstand øger polymerens ledningsevne.

Der er stadig ingen generelt accepteret fysisk model, der beskriver omskiftningseffekten i tynde polymerfilm. Imidlertid, co-PAEK-filmenes lave switch-tærskler og reversibiliteten af ​​disse effekter virker meget lovende. Især det er muligt at modificere copolymerernes resistivitetsskifteevne ved at variere deres phthalidindhold.

Forfatterne undersøgte transporten af ​​ladningsbærere i co-PAEK-film med varieret phthalidindhold; til dette formål, de syntetiserede 20- til 25-mikron film med 3, 5 og 50 procent af phthalidholdige enheder.

Resultaterne viser, at en stigning i phthalidholdige enheder i co-PAEK'er fra 3 til 50 procent gav praktisk talt ingen ændring i strålingsinduceret ledningsevne inden for det undersøgte elektriske feltområde. Dette indikerer, at ladningsbærere i disse eksperimenter bevægede sig på en isoleret måde, og at de påførte elektriske felter var under den nødvendige tærskelværdi for kollektiv vekselvirkning af ladninger og dannelse af ledende kanaler, der udløser effekten af ​​høj-til-lav resistivitetsovergang.

Desværre, ved de undersøgte filmtykkelser, yderligere stigning i elektriske felter forårsager et elektrisk nedbrud; derfor, det kan være for tidligt at planlægge deres pladsanvendelse. Alligevel, forskerne mener, at dette materiale er meget lovende, og at yderligere forskning i omskiftningseffekten kan give mere afgørende resultater. Denne copolymer er allerede blevet brugt til at beskytte prototypemodeller af silikonesolceller i rumfartøjer.