真空情況 對(duì)防靜電熱控涂層的導(dǎo)電機(jī)能 的影響

1、引言

熱控涂層是航天器熱控系統(tǒng)的主要 構(gòu)成 部門,它可以或許 改變航天器的外觀熱物理性質(zhì)，以便在輻射熱交流 中有用 地節(jié)制 航天器的溫度，使之在表里 熱交流 進(jìn)程 中，內(nèi)部?jī)x器、裝備 工作時(shí)的溫度不跨越 答應(yīng) 局限 ，以包管 航天器內(nèi)部的正常工作情況 。其道理 是調(diào)理 物體外觀的太陽(yáng)接收 率αs 和紅外發(fā)射率εh 來(lái)節(jié)制 物體的熱均衡 。地球同步軌道（GEO）存在的地磁亞暴情況 有嚴(yán)重的充放電效應(yīng)，極地軌道的沉降電子會(huì)造成電荷在衛(wèi)星外觀熱控涂層上積聚 ，當(dāng)跨越 擊穿閾值時(shí)，衛(wèi)星外觀將發(fā)生放電，這將對(duì)衛(wèi)星帶來(lái)極年夜 的粉碎感化 。因?yàn)?衛(wèi)星外外觀年夜 部門被用于溫控的熱控涂層所籠蓋 ，所以可以經(jīng)由過程 提高熱控涂層的導(dǎo)電機(jī)能 來(lái)到達(dá) 防靜電的目標(biāo) ，如在鏡反射熱控涂層外外觀鍍一層氧化銦錫（ITO）透明導(dǎo)電薄膜、在涂料型熱控涂層中添加導(dǎo)電組分等。具有導(dǎo)電機(jī)能 的熱控涂層也被稱為防靜電熱控涂層，如ITO/F46/Ag熱控涂層等。

但是 ，熱控涂層在年夜 氣下與在真空狀況 下的機(jī)能 存在較年夜 差別 ，從真空狀況 進(jìn)入年夜 氣中后，其電學(xué)機(jī)能 存在必然 的答復(fù) 效應(yīng)。這申明 真空情況 對(duì)熱控涂層的機(jī)能 有著較年夜 影響。

本文系統(tǒng)研究了紫外輻照前后真空情況 對(duì)防靜電熱控涂層電學(xué)機(jī)能 的影響，并提出了發(fā)生 這類 影響的緣由 ，給出了研究輻照情況 對(duì)防靜電熱控涂層電學(xué)機(jī)能 影響進(jìn)程 中的數(shù)據(jù)闡明建議。

2、輻照實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn) 在北京衛(wèi)星情況 工程研究所的空間綜合情況 裝備 長(zhǎng)進(jìn) 行。實(shí)驗(yàn) 樣品別離為ITO/Kapton/Al、ITO/F46/Ag、OSR 二次外觀鏡，每種實(shí)驗(yàn) 樣品的數(shù)目 為2 個(gè)；個(gè)中 ITO 膜厚度為0.1 μm，位于熱控涂層的最外層。認(rèn)真 空度到達(dá) 10-3 Pa 后，開啟紫外源；當(dāng)紫外輻照到達(dá) 500 ESH 后，封閉 紫外源。別離在輻照前的年夜 氣狀況 、高真空狀況 、紫外輻照25 ESH、500 ESH、輻照后年夜 氣狀況 和 年夜 氣狀況 一段時(shí)間后丈量 樣品的外觀電阻率。實(shí)驗(yàn) 所用的近紫外源為1000W汞氙燈，行使 太陽(yáng)摹擬 器輻照裝配 ，具體實(shí)驗(yàn) 參數(shù)見表1。

圖為：真空紫外輻照實(shí)驗(yàn) 參數(shù)表 外觀電阻率采取 原位丈量 ，其測(cè)試道理 圖及測(cè)試裝配 圖別離見圖1 和圖2。用GENESIS 60S型X 射線光電子能譜儀（XPS）對(duì)熱控涂層的ITO膜層氧的存在進(jìn)行了闡明，用TSPTT-200 型四極質(zhì)譜儀對(duì)輻照前后的涂層放氣情況進(jìn)行了闡明。

圖一二為：外觀電阻率原位測(cè)試、安置 示意圖

3、實(shí)驗(yàn) 了局及闡明

3.1 從年夜 氣狀況 到紫外輻照前期

別離在年夜 氣狀況 下、真空度2.6×10-3Pa 和紫外輻照25ESH后對(duì)3種防靜電熱控涂層進(jìn)行外觀電阻率測(cè)試，測(cè)試了局見圖3～圖5。個(gè)中 每種涂層2組圖形的不同可能因?yàn)?輻照度及樣品自己 的不平均 性致使 ，但轉(zhuǎn)變 紀(jì)律 是一致的。

由圖3~圖5為： 從年夜 氣到輻照前外觀電阻率的轉(zhuǎn)變 示意圖 ，可知，樣品從年夜 氣情況 進(jìn)入真空狀況 后，外觀電阻率下降 ；當(dāng)紫外輻照25 ESH 后，外觀電阻率進(jìn)一步下降 。

3.2 紫外輻照后期至年夜 氣狀況

別離在紫外輻照500 ESH、由真空回至年夜 氣狀況 和 年夜 氣狀況 一段時(shí)間后對(duì)3 種防靜電熱控涂層進(jìn)行外觀電阻率測(cè)試，測(cè)試了局別離見圖6～圖8。

由圖6～圖8 為：紫外輻照后期至年夜 氣狀況 圖，闡明可知：樣品從真空狀況 進(jìn)入年夜 氣狀況 后，外觀電阻率升高；當(dāng)在年夜 氣情況 中放置一段時(shí)間后，外觀電阻率進(jìn)一步升高。

4、機(jī)理研究

ITO薄膜的導(dǎo)電性緣于它是一種N型半導(dǎo)體，高導(dǎo)電率主如果 因?yàn)?高電子濃度的原因 。ITO 薄膜中的載流子主要來(lái)自于銦摻錫和構(gòu)成 氧空位而處于弱激起 狀況 的電子。當(dāng) Sn4+進(jìn)入In2O3 的晶格時(shí)，很輕易 庖代 In3+的位置構(gòu)成 替位固溶體。當(dāng)Sn4+置換部門In3+時(shí)，為包管 電中性，易變價(jià)的Sn4+將捕捉一個(gè)電子而釀成 （Sn4++e），即Sn3+。這個(gè)電子與Sn3+的聯(lián)系是弱約束 的，是載流子起原 之一。

同時(shí)在ITO薄膜中還存在著別的 一種缺點(diǎn) ，這就是氧空位。In2O3 中的部門氧離子O2-離開 原晶格，即構(gòu)成 氧空位。

氧空位相當(dāng)于一個(gè)帶正電荷的中間 ，能約束 電子。被約束 的電子處于氧離子空位上，為臨近 的In3+所共有，它的能級(jí)距導(dǎo)帶很近，當(dāng)受激起 時(shí)該電子可躍遷到導(dǎo)帶中，因此 使ITO 薄膜具有導(dǎo)電性。

對(duì)防靜電熱控涂層進(jìn)行XPS（X射線光電子譜）闡明，研究其氧元素的存在狀況 ，對(duì)其氧元素分峰，見圖9輻照前o元素能譜峰圖。

由圖9可以看出，輻照前薄膜外觀的O 1s_a峰和O 1s_c 峰別離對(duì)應(yīng)于足氧狀況 和缺氧狀況 ：低連系 能的O 1s_a 峰代表了In2O3 晶格中氧原子，即In—O 鍵中的氧；O 1s_c 峰代表著ITO 膜中氧空位的數(shù)目，而氧空位直接同薄膜中的載流子濃度數(shù)目 相干 。平常認(rèn)為，一個(gè)氧空位供應(yīng) 2 個(gè)自由電子，并在能帶構(gòu)造 中引入檀越 雜質(zhì)能級(jí)。

對(duì)紫外輻照前后的防靜電熱控涂層進(jìn)行氧元本質(zhì) 譜及時(shí) 檢測(cè)闡明（圖10），虛線為本底無(wú)涂層狀況 紫外輻照下的情況，實(shí)線為放入樣品后紫外輻照下的情況。由比較 可知，紫外輻照最先 后，存在著一段時(shí)間的氧元素的釋放，這申明 在紫外輻照下，防靜電熱控涂層ITO膜層可能存在著化學(xué)吸附氧的析出。

圖為：紫外輻照后o元素放氣情況

因?yàn)?ITO 膜中存在氧空位缺點(diǎn) ，年夜 氣前提 下，外觀存在著對(duì)氧的化學(xué)吸附?；瘜W(xué)吸附氧的存在削減 了導(dǎo)帶中自由電子的數(shù)目 。跟著 真空度的提高，化學(xué)吸附氧的數(shù)目 將逐步 削減 ，從而使涂層的外觀電阻率下降 。當(dāng)對(duì)其進(jìn)行紫外輻照后，在紫外輻照的感化 下，化學(xué)吸附氧取得 能量進(jìn)一步解吸附，同時(shí)ITO 膜價(jià)帶中的約束 電子也將接收 輻照能量躍遷到導(dǎo)帶，從而使得ITO 膜導(dǎo)帶中的自由電子增多，導(dǎo)電機(jī)能 加強(qiáng) ，外觀電阻率下降 。

當(dāng)將紫外輻照后的防靜電熱控涂層從真空狀況 下轉(zhuǎn)回年夜 氣中，ITO 膜層中的氧空位缺點(diǎn) 又將最先 吸附氧，從而削減 了導(dǎo)帶中的自由電子數(shù)目 ，引發(fā) 導(dǎo)電機(jī)能 下降，外觀電阻率升高；跟著 在年夜 氣狀況 中放置的時(shí)間增進(jìn) ，氧空位缺點(diǎn) 的吸附氧數(shù)目 將進(jìn)一步增添 ，外觀電阻率也將進(jìn)一步增添 ，直到吸附氧到達(dá) 飽和。

5、接洽

摘要：文章經(jīng)由過程 實(shí)驗(yàn) 研究了近紫外輻照前后的真空情況 對(duì)防靜電熱控涂層的電學(xué)機(jī)能 影響，商量 了真空情況 對(duì)防靜電熱控涂層電學(xué)機(jī)能 影響的機(jī)理，給出了地面摹擬 實(shí)驗(yàn) 進(jìn)程 中關(guān)于數(shù)據(jù)闡明的建議。研究發(fā)現(xiàn)：真空情況 將引發(fā) 防靜電熱控涂層的外觀電阻率下降 、導(dǎo)電機(jī)能 加強(qiáng) ，而氧空位的增添 和吸附氧的釋放則是其外觀電阻率下降 的主要緣由 。

由上面的研究闡明可以知道，真空情況 對(duì)防靜電熱控涂層的導(dǎo)電機(jī)能 有側(cè)重 要的影響。在紫外輻照前，跟著 真空度的提高，ITO 防靜電熱控涂層的外觀電阻率將下降 ；而輻照后從真空狀況 下恢復(fù)到年夜 氣狀況 后，其外觀電阻率又將增年夜 。闡明緣由 ，是因?yàn)?ITO 半導(dǎo)體膜層中存在氧空位的原因 。所以，防靜電熱控涂層隨航天器從地面發(fā)射升空后，其早期 的導(dǎo)電機(jī)能 將比在地面時(shí)有所提高。

在對(duì)防靜電熱控涂層導(dǎo)電機(jī)能 的地面摹擬 實(shí)驗(yàn) 中，因?yàn)?在紫外輻照早期 存在著吸附氧繼續(xù)解吸的可能，是以 在數(shù)據(jù)闡明時(shí)，未輻照或 短時(shí)間 輻照的實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)不適合 用來(lái)擬合闡明涂層導(dǎo)電機(jī)能 的長(zhǎng)時(shí)間 退化趨向 。