空间高能电子辐照下聚合物绝缘性能研究
材料的绝缘性能一直足影响电气元件使用寿命的主要条件之一。复杂空间环境下,高能电子束辐照下聚合物的带电效应及其绝缘特性的研究是目前空间器件技术中的一个重要课题。然而,由于样品带电过程的复杂性,对于其产生、变化的过程和机理还无法足够丁解。 本论文提出了比较全面的二维数值计算模型。该模型考虑了电子散射、捕获、复合、迁移和扩散、自治场等因素,揭示了高能电子束照射聚合物样品的带电效应、空间电荷以及绝缘特性的变化规律,提出了改善绝缘性能的聚合物的参数和结构。 本论文针对单层聚合物样品的带电效应和绝缘特性进行了研究。通过数值计算获得了空间电荷、空间电位分布、电子束感生电流、绝缘特性及其时变特性。研究结果表明,空问电荷在样品内部有一个极值分布;空问电荷量随照射明显增大,负空间电位可达负数千伏,电荷放电可产生高强度的放电电流脉冲和电场脉冲,对器件造成较强的干扰;电子束感生电流随照射会逐渐增大,绝缘性能随电子照射明显下降。研究结果还发现,随着样品厚度的增大、电子迁移率的减小以及样品内部缺陷密度的增大,样品绝缘性能会提高;但是电子长时间照射会引起样品内部沉积的电荷数日增多,会对器件造成较强的干扰。 本论文阐明了具有内部结构的聚合物样品带电特性及其绝缘特性。通过模拟得到了样品内部具有多层金属导电层结构、具有稀疏网状金属结构下的空间电荷分布、空间电位分布、电子束感生电流、泄漏电流以及绝缘特性。结果表明具有金属导电层结构的聚合物样品的负空间电位值更小,对器件的干扰较弱;泄漏电流更弱,绝缘性能明显提高,但会导致器件内部产生明显的感应电荷,从而引起器件的失效。具有网状金属结构的聚合物样品的不仪对器件的干扰较弱,绝缘性能会提高,而且器件感应电荷明显降低。 本论文的研究结果对于深入了解高能电子束照射聚合物样品的带电效应,改善聚合物的绝缘性能,提高航天器件的抗辐照性能具有重要的科学意义和应用价值。
空间高能电子辐照;聚合物;航天器件;绝缘性能;数值模拟
西安理工大学
硕士
电气工程
姚李孝
2013
中文
TM216.3;TM201.44
60
2014-10-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）