電子束輻射下聚四氟乙烯的電荷輸運特性與機理研究

《電子束輻射下聚四氟乙烯的電荷輸運特性與機理研究》是依託西安交通大學，由李盛濤擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：電子束輻射下聚四氟乙烯的電荷輸運特性與機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李盛濤
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

空間中電子束或離子束與太空飛行器介質材料相互作用時，會造成介質中的電荷捕獲、電離、激發等物理過程,進而造成介質的深層充放電現象，極大地影響著太空飛行器的安全運行和壽命。介質的電荷輸運特性決定著電子束輻射下介質的深層電荷沉積和消散等充放電物理過程，然而航天領域廣泛套用的聚四氟乙烯的電荷輸運特性和機制尚不完全清楚。本項目圍繞電子束輻射下介質充放電物理過程，研究溫度場、電場和電荷濃度梯度場耦合作用下聚四氟乙烯的電荷輸運特性和機制。採用龍格-庫塔間斷伽遼金方法分析介質的表面電位衰減曲線，提取其電導特性；採用空間電荷測量方法、熱刺激電流和介電譜等研究材料的陷阱分布；結合雙極性電荷輸運模型（BCT）研究電荷入陷、出陷機理和電子空穴對的產生與複合機制。進而考慮電子輻射下介質中的電荷分布與能量沉積，採用BCT模型弄清電子束輻射下介質的深層充放電物理過程，為介質深層充放電新防護理論和方法提供理論基礎和實驗依據。

結題摘要

航天用介質材料的深層帶電特性嚴重威脅太空飛行器的安全運行。電子束輻射下聚四氟乙烯的電荷輸運特性決定了聚四氟乙烯的介質深層帶電特性，同時也影響其放電過程。本項目採用熱刺激電流和等溫表面電位衰減等方法提取了材料的陷阱分布特性，研究了溫度場、電場和電荷濃度梯度場耦合作用下聚四氟乙烯的電荷輸運特性和機制，測量了聚四氟乙烯的二次電子發射特性。考慮電極/介質界面的電場和電荷密度、電介質中載流子的遷移與擴散、以及電介質中的陷阱，建立了電極/電介質間的自適應電荷注入模型。在電子束輻射下，考慮了電子在聚四氟乙烯內部的電荷沉積和能量沉積過程，輻射區域採用了輻射誘導電導，建立了電子束輻射下的電荷注入模型。使用電荷連續性方程、電流傳導方程和泊松方程描述電介質中的電荷輸運過程。研究了電荷入陷、出陷機理和電子空穴對的產生與複合機制。考慮電子束輻射下聚四氟乙烯的二次電子發射特性和表層電荷輸運特性，以及電子輻射下介質中的電荷分布與能量沉積，採用電荷輸運模型研究了電子束輻射下介質的深層充放電物理過程。分析了電子束能量、試樣厚度、溫度、陷阱密度等因素對電子束輻射下聚四氟乙烯材料的電荷輸運特性的影響。建立了高能電子輻射下聚四氟乙烯的一維和二維空間電荷輸運模型，研究了高能電子輻射下介質內部的電荷、電位、電場分布特性。空間電荷輸運模型可用於電子束輻射環境下絕緣介質的內帶電風險的預測，對太空飛行器充放電效應領域具有重要的意義。