Об аддитивности изменений оптических свойств при одновременном и раздельном облучении протонами и квантами солнечного спектра модифицированного наночастицами SiO2 порошка ZnO

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты исследования спектров диффузного отражения (ρλ) и интегрального коэффициента поглощения (аs) порошков ZnO, используемых в качестве одного из лучших пигментов для терморегулирующих покрытий космических аппаратов. Для увеличения фото- и радиационной стойкости порошка микронных размеров mZnO использовали один из эффективных способов – модифицирование наночастицами диоксида кремния nSiO2. Исследовано изменение оптических свойств модифицированного порошка mZnO / nSiO2 при раздельном и одновременном облучении протонами с энергией 5 кэВ и квантами солнечного спектра с интенсивностью в три раза превышающей солнечную. Регистрация спектров ρλ после каждого периода облучения осуществлена в вакууме на месте облучения (in situ), что позволило избежать взаимодействия образованных при облучении дефектов с газами атмосферы. Проведены расчеты коэффициента аддитивности, определяемого отношением суммы изменений коэффициента поглощения аs при раздельном облучении к изменениям при одновременном действии излучений. Установлено, что в зависимости от времени облучения он изменяется от 1.30 до 1.39. Результаты исследования позволяют заключить, что если в космическом пространстве на пигмент одновременно действуют протоны солнечного ветра и кванты солнечного спектра, то наземные испытания необходимо проводить при их одновременном действии. Если испытания проводить при раздельном облучении, то для получения достоверных изменений рабочих характеристик пигмента необходимо вводить коэффициенты, учитывающие синергетические эффекты – коэффициенты аддитивности.

Об авторах

М. М. Михайлов

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

Email: yusalek@gmail.com
Томск, Россия

А. Н. Лапин

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

Email: yusalek@gmail.com
Томск, Россия

С. А. Юрьев

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

Email: yusalek@gmail.com
Томск, Россия

В. А. Горончко

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

Email: yusalek@gmail.com
Томск, Россия

Д. С. Федосов

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

Автор, ответственный за переписку.
Email: yusalek@gmail.com
Томск, Россия

Список литературы

  1. Cargo M. Mc., Greenberg S.A., Douglas N.I. Radiation‑Induced Absorption Bands in Spacecraft Thermal Control Coating Pigments // Thermophysics: Applications to Thermal Design of Spacecraft. 1970. V. 23. Art. ID 189.
  2. Барбашев Е.А., Богатов В.А., Козин В.И. Влияние электронно‑протонного облучения в вакууме на оптические свойства терморегулирующих покрытий // Космическая технология и материаловедение. М.: Наука, 1977. С. 117–128.
  3. Петров Г.М. Моделирование тепловых режимов космических летательных аппаратов и окружающей среды. М.: Машиностроение, 1972.
  4. Лукас Дж. Теплообмен и тепловой режим космических аппаратов. М.: Мир, 1974.
  5. Brown R.R., Fogdall L.B. Electron ultraviolet radiation effects in thermal control coatings // Progress in Astronautics: Therm. Des. Principles of Spacecraft and Entry. 1969. V. 21. P. 697–724.
  6. Millard I.P. Optical stability of coatings exposed to four years space environment on OSO‑III // AIAA Paper. 1973. V. 734. P. 1–12.
  7. Delfini A., Pastore R., Albano M. et al. Synergistic Effects of Atomic Oxygen and UV Radiation on Carbon/Carbon Plates at Different Attitude Positions // Applied Sciences. 2024. V. 14(13). Art. ID 5850. https://doi.org/10.3390/app14135850
  8. Faye D., Marco J. Effects of ultraviolet and protons radiations on thermal control coatings after contamination // Materials in a Space Environment. V. 540. P. 527–533.
  9. Yeritsyan H., Sahakyan A., Nikoghosyan S. et al. Effect of Electron and Ultraviolet Radiations and Temperature on n‑Si Conductivity // J. Spacecraft and Rockets. 2011. V. 48. P. 34–37. https://doi.org/10.2514/1.49303
  10. Шувалов В.А., Письменный Н.И., Кочубей Г.С. и др. Потери массы полиимидных плёнок космических аппаратов при воздействии атомарного кислорода и вакуумного ультрафиолетового излучения // Косм. исслед. 2014. Т. 52. № 2. С. 106–112. https://doi.org/10.7868/S0023420614020071
  11. Mikhailov M.M., Lapin A.N., Yuryev S.A. Features of optical degradation under separate and simultaneous events of irradiation of a BaSO₄ powder modified by nanoparticles // J. Surface Investigation. 2021. V. 15. P. 954–960. https://doi.org/10.1134/S1027451021050104
  12. Volkov A.G., Dyugaeva N.A., Kuvyrkin G.N. et al. Studying the change in characteristics of optical surfaces of a spacecraft // Cosmic Research. 2017. V. 55. P. 124–127. https://doi.org/10.1134/S0010952517020071
  13. Li Ch., Liang Zh., Xiao H. et al. Synthesis of ZnO/Zn₂SiO₄/SiO₂ composite pigments with enhanced reflectance and radiation‑stability under low‑energy proton irradiation // Materials Letters. 2010. V. 64. P. 1972–1974.
  14. Wang X., Lu X., Ju P. et al. Influence of ZnO on thermal control property and corrosion resistance of plasma electrolytic oxidation coatings on Mg alloy // Surface and Coatings Technology. 2021. V. 409. Art. ID 126905.
  15. Дудин А.Н., Нещименко В.В., Ли Ч. Деградация оптических свойств двухслойных полых частиц ZnO/SiO₂ при облучении протонами // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2022. № 4. С. 70–76.
  16. Luna M., Delgado J., Almoraima Gil M.L. TiO₂‑SiO₂ coatings with a low content of AuNPs for producing self‑cleaning building materials // Nanomaterials. 2018. V. 8. Iss. 3. Art. ID 177. https://doi.org/10.3390/nano8030177
  17. Alam M.A., Samad U.A., Anis A. et al. Effects of SiO₂ and ZnO nanoparticles on epoxy coatings and its performance investigation using thermal and nanoindentation technique // Polymers (Basel). 2021. V. 3. Iss. 99. Art. ID 1490.
  18. Mikhailov M.M., Yuryev S.A., Lapin A.N. et al. Radiation resistance of optical nanopowder modified by Y₂O₃ particles // Russian Physics J. 2024. V. 67. P. 694–700.
  19. Mikhailov M.M., Yuryev S.A., Goronchko V.A. et al. The effect of particles size of Gd₂O₃ on the radiation protection mechanisms of ZnO // Materials Science and Engineering: B. V. 308. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2024.117555
  20. Johnson J.A., Cerbus C.A., Haines A.I. et al. Review of improved thermal control coating development for NASA’s SEE Program // AIAA Paper. 2005. Art. ID 1378.
  21. ASTM E490‑22 Standard Solar Constant and Zero Air Mass Solar Spectral Irradiance Tables, 2022.
  22. ASTM E903‑20 Standard Test Method for Solar Absorptance, Reflectance, and Transmittance of Materials Using Integrating Spheres, 2020.
  23. Blanco M., Coello J., Ityrriaga H. et al. Near‑infrared spectroscopy in the pharmaceutical industry // Analyst. 1998. V. 124. P. 135–150.
  24. Blanco M., Vilarroya I. NIR spectroscopy: A rapid‑response analytical tool // TrAC Trends in Analytical Chemistry. 2002. V. 21. P. 240–250.
  25. Wilson R.H., Nadeau K.P., Jaworski F.B. et al. Review of short‑wave infrared spectroscopy and imaging methods for biological tissue characterization // J. Biomedical Optics. 2015. V. 20.
  26. Kumari L., Li W.Z., Vannoy C.H. et al. Zinc oxide micro‑ and nanoparticles: synthesis, structure and optical properties // Materials Research Bulletin. 2010. V. 45. Iss. 2. P. 190–196.
  27. Mikhailov M.M., Yuryev S.A., Lapin A.N. et al. Reflective thermal control coating for spacecraft based on ZnO pigment and Li₂SiO₃ silicate modified by SiO₂ nanoparticles // Ceramics International. 2023. V. 49. Iss. 12. P. 20817–20821. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.03.214
  28. Zhou X.Q., Zhang D.D., Hayat Z. Zinc oxide nanoparticles: synthesis, characterization, modification, and applications in food and agriculture // Processes. 2023. V. 11. Iss. 4. Art. ID 1193. https://doi.org/10.3390/pr11041193
  29. Шалимова К.В. Физика полупроводников. М.: Энергоиздат, 1984. 320 с.
  30. Михайлов М.М., Нещименко В.В. Спектры диффузного отражения в ближней ИК‑области, как метод анализа поверхности порошков ZnO, модифицированных наночастицами // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2009. № 8. С. 233–246.
  31. Ziegler J.F., Ziegler M.D., Biersack J.P. SRIM – The stopping and range of ions in matter // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B. 2010. V. 268. Iss. 11‑12. P. 1818–1823.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025