Введение к работе
Актуальность темы. Космические аппараты подвержены действию многих факторов, обусловливающих изменение свойств и рабочих характеристик материалов внешних поверхностей. В большей степени это касается терморегулирующих покрытий класса «солнечные отражатели», к которым относятся эмалевые и керамические покрытия на основе оксидных белых пигментов с органическими и неорганическими связующими.
Среди пигментов для покрытий этого класса порошки оксида цинка нашли наибольшее применение, как наиболее стабильные к действию заряженных частиц и квантов солнечного ультрафиолета. Однако и в этих пигментах при длительных сроках орбитального полета космических аппаратов образуется достаточно большое количество дефектов и центров поглощения, что приводит к появлению полос поглощения, уменьшению коэффициента диффузного отражения в УФ-, видимой и ближней ИК-областях спектра и к увеличению интегрального коэффициента поглощения солнечного излучения. Поэтому разработка способов повышения фото- и радиационной стойкости пигментов оксида цинка является актуальной проблемой.
Одним из перспективных способов решения этой проблемы может быть модифицирование пигментов белыми оксидными нанопорошками, поскольку наночастицы, обладая большой удельной поверхностью, могут увеличивать скорость релаксации дефектов, образующихся при облучении. Исследования по влиянию модифицирования нанопорошками на фото- и радиационную стойкость пигментов Zr02 и Ті02 показали высокую эффективность этого метода
Поэтому представляют научный и практический интерес исследования по определению влияния условий модифицирования, типа и концентрации нанопорошков на оптические свойства порошка оксида цинка, и их стабильности к действию различных видов излучений.
Цель и задачи работы. Цель работы заключается в проведении теоретических и экспериментальных исследований, направленных на определение оптимальных условий модифицирования нанопорошками для создания порошков-пигментов оксида цинка с высокой отражательной способностью в солнечном диапазоне спектра и высокой стабильностью оптических свойств к действию заряженных частиц.
Для достижения поставленной цели необходимо было выполнить следующие задачи:
Провести модифицирование пигмента оксида цинка нанопорошками оксида алюминия и диоксида циркония в широком диапазоне концентраций.
Исследовать влияние модифицирования нанопорошками на структуру, фазовый состав, спектры диффузного отражения, спектры фотолюминесценции и интегральный коэффициент поглощения порошков оксида цинка.
Изучить закономерности изменения спектров диффузного отражения, спектров фотолюминесценции и интегрального коэффициента поглощения порошков оксида цинка в зависимости от условий действия различных видов излучений.
Исследовать кинетику изменения интегрального коэффициента поглощения модифицированных нанопорошками пигментов при длительном действии излучений.
Разработать схемы и модели физических процессов, происходящих при модифицировании нанопорошками и облучении модифицированных порошков оксида цинка.
Научная новизна
Выполненными исследованиями установлены закономерности изменения спектров диффузного отражения и интегрального поглощения порошков оксида цинка в зависимости от условий модифицирования, типа нанопорошков и видов излучения.
Исследовано изменение параметров кристаллической решетки, ширины запрещенной зоны, типа и концентрации образующихся соединений, типа и концентрации хемосорбированных газов и концентрации свободных электронов при модифицировании оксида цинка нанопорошками.
Определены оптимальные значения концентрации нанопорошков, вводимых в порошки оксида цинка, позволяющих получать наибольшее увеличение радиационной стойкости при облучении протонами.
Изучено влияние модифицирования нанопорошками на изменение спектров диффузного отражения, спектров фотолюминесценции и интегрального коэффициента поглощения при длительном действии излучений на порошки оксида цинка. Определены закономерности деградации, рассчитаны коэффициенты математических моделей, описывающих кинетические зависимости.
Дано объяснение физическим процессам, происходящим при облучении и обусловливающих уменьшение концентрации центров поглощения в модифицированных порошках оксида цинка по сравнению с немодифицированными.
Практическая значимость. Экспериментально определены технологические режимы обработки порошков оксида цинка нанопорошками на основе оксида алюминия и диоксида циркония, позволяющие получить пигменты с высокой отражательной способностью и увеличенной стойкостью оптических свойств к действию протонов. Результаты исследований могут быть использованы в космической технике при разработке новых терморегулирующих покрытий, необходимых для поддержания теплового режима космических аппаратов при длительных сроках эксплуатации, в лакокрасочной, бумажной, химической, атомной и других областях промышленности.
Научные положения, выносимые на защиту
Нанопорошки оксида алюминия и диоксида циркония имеют большую радиационную стойкость по сравнению с микропорошками.
Введение нанопорошков приводит к изменению структуры оксида цинка и оказывает влияние на его отражательную способность, которая зависит от условий модифицирования, типа и концентрации нанопорошков.
3. Модифицирование нанопорошками повышает радиационную стойкость
пигмента оксида цинка при облучении протонами и уменьшает при облучении
электронами.
4. Радиационная стойкость при длительном действии протонов
определяется радиационными дефектами в объеме модифицированных пигментов,
зависит от типа и концентрации нанопорошков.
Апробация работы. Результаты выполненных исследований докладывались и обсуждались: на IX-ой международной конференции «Protection of Materials and Structures from the Space Environment» (г. Торонто, 2008); научно-практической конференции «Наука. Технологии. Инновации» (г. Новосибирск, 2008); Х-ой региональной научно-практической конференции «Молодежь XXI века: шаг в будущее» (г. Благовещенск, 2009); ХІ-ой международной конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» (г. Ульяновск, 2009); IV-ой Всероссийской конференции с международным участием «Химия поверхности и нанотехнология» (г. Санкт-Петербург, 2009); НХ-ой региональной конференции «Физика: фундаментальные и прикладные исследования. Образование» (г.Благовещенск,2009).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 статей в рецензируемых журналах, из них 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 5 тезисов докладов конференций.
Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 141 страниц машинописного текста, иллюстрируется 72 рисунками, 25 таблицами. Список цитированной литературы включает 228 работ отечественных и зарубежных авторов.
