玻璃空间电离辐照着色损伤动力学研究

空间电离辐照主要由能量连续变化的粒子组成, 绝大多数粒子穿透能力小, 因此, 空间电离辐照对玻璃的着色损伤必然随深度而呈现一种复杂的变化, 针对这一现象, 并且考虑到玻璃中色心的弛豫消失, 本工作建立了一种适用于玻璃空间电离辐照着色损伤动力学研究的方法. 以K9-HL玻璃为研究对象, 利用空间电离辐照作用在玻璃中随深度变化的Monte Carlo模拟结果, 研究了该玻璃在轨(近地点350 km, 远地点425 km, 轨道倾角51.6°)电离辐照着色损伤过程, 讨论了航天器用玻璃抗辐照性能考核方法, 分析了玻璃空间电离辐照着色损伤的深度分布, 提出了航天器用玻璃材料抗电离辐照损伤加固的关键点. 此外, 对不同石英玻璃防电离辐照层保护的K9-HL玻璃在轨光学性能做了研究.     

玻璃空间电离辐照着色研究

对几种玻璃(K9-HL玻璃、JGS3石英玻璃、K509玻璃以及JGS1石英玻璃)在电离辐照(质子、电子)作用下的光学稳定性进行了系统研究, 并以此为基础, 通过空间电离辐照在玻璃作用的模拟计算, 对这几种玻璃在轨(近地点350 km, 远地点425 km, 轨道倾角51.6^o)光学寿命进行了预测. 在该轨道使用10年时, K9-HL玻璃可见光透过率可能出现明显下降, 而JGS3石英玻璃、K509玻璃以及JGS1石英玻璃的可见光透过率保持不变或变化很小. 由于绝大多数空间粒子穿透能力小, 空间电离辐照仅能造成玻璃表层的着色. 因此, 长期在轨航天器舷窗可加一防电离辐照层以减少内层玻璃接受的电离辐照量, 而该层玻璃可采用石英玻璃.     

伽马辐照对掺镱硅酸盐玻璃光学性能的影响

采用传统的高温熔融法熔制了一系列掺镱硅酸盐玻璃, 并测试了这些样品经总剂量为5 kGy的钴-60伽马射线辐射源辐照前后的吸收谱、荧光谱和上转换发光光谱. 实验结果表明: 辐致暗化效应导致玻璃样品在400 nm附近出现一个非常强的宽吸收带, 其尾端可延伸至近红外区.经辐致损耗谱分析可知, 部分Yb³⁺离子在辐照过程中通过俘获电离自由电子转变成了Yb²⁺离子, 导致掺杂样品的辐致损耗明显比基质材料的要大. 在960 nm LD泵浦下辐照过的样品荧光强度、上转换发光强度及荧光寿命均有所下降, 且在476 nm附近出现了氧缺陷ODC(Ⅱ)的荧光.室温下辐照过的样品在荧光测试过程中温度明显升高并出现漂白现象.     

辐照对Tb~(3+)掺杂硅酸盐玻璃结构和发光性能的影响

采用高温熔化工艺制备出Tb3+掺杂硅酸盐玻璃,研究了高能辐照对该玻璃结构和发光性能的影响。结果表明,高能辐照后,Tb3+掺杂硅酸盐玻璃的结构发生变化,表现为两个方面:(1)是部分Tb3+离子被氧化为(Tb3+)+离子;(2)是玻璃体内产生大量色心。辐照对Tb3+掺杂硅酸盐玻璃的发光强度影响较大,发光强度随辐照剂量的增大而降低;然而,辐照对Tb3+掺杂硅酸盐玻璃的发光余辉影响较小,发光余辉基本不随辐照剂量的增加而变化。     

玻璃的辐照效应及耐辐照改性研究进展

航天科技、核医学、核能工业和绿色建筑的发展对使用在辐射环境中的玻璃提出了越来越高的要求。玻璃在辐射环境中会发生微观结构变化和宏观性质改变,耐辐照玻璃是一种在高能射线或粒子辐照后可见光区透过率下降较小,能保持物理化学性能稳定的特种玻璃。阐述了玻璃的辐照效应研究现状,介绍了玻璃耐辐照改性的研究进展及挑战,并提出了值得关注的新趋势。     

CeO_2对Tb~(3+)掺杂硅酸盐玻璃发光和耐辐照性能的影响

采用高温熔制工艺制备出Tb3+掺杂硅酸盐玻璃,研究了CeO2对Tb3+掺杂硅酸盐玻璃发光和耐辐照性能的影响。结果表明,Ce3+的激发带与Tb3+的激发带部分重叠,使激发Tb3+离子发光的能量减少,Tb3+离子在550nm的发光被淬灭;激发停止后,Ce3+/Ce4+减少了由陷阱中逃逸出的空穴和电子的直接复合而传递给Tb3+的激发能量,Tb3+发光余辉缩短。通过铈离子价态变化:Ce4++eCe3+,CeO2引入可以减少辐照对基础玻璃和Tb3+的损伤。综合考虑发光和辐照稳定性,Tb3+掺杂硅酸盐玻璃中CeO2的引入量应控制在0.4%～0.8%(质量分数)。     

多种重离子辐照对硼硅酸盐玻璃机械性能的影响

研究辐照导致硼硅酸盐玻璃机械性能的影响, 对高放废物的长期安全处置具有重要的意义。本工作采用0.3 MeV的P离子、4 MeV的Kr离子、5 MeV的Xe离子以及8 MeV的Au离子分别辐照硼硅酸盐玻璃, 利用纳米压痕技术表征了辐照前后样品的硬度和模量。结果表明: 硼硅酸盐玻璃的硬度和模量在一定范围内会随着辐照剂量的增大而减小, 辐照达到0.1 dpa时硬度和模量变化趋于饱和, 此时硬度下降了35%, 模量下降了18%; 而且不同种类的离子辐照对硼硅酸盐玻璃的硬度和模量造成的变化趋势基本相同。使用掠入射X射线衍射仪对样品晶态结构进行了分析, 发现辐照后硼硅酸盐玻璃仍保持非晶状态。利用Raman光谱对辐照后样品的微观结构的变化进行了表征, 发现辐照会导致玻璃网络结构发生改变, 玻璃的聚合度下降, 无序度增加。本工作还证明了离子辐照导致玻璃机械性能变化的主要因素是离子在样品中的核能量沉积导致玻璃结构的改变。     

电子束辐照对BaO-SrO-TiO2-SiO2系微晶玻璃结构及其光谱和压电性能的影响

研究经电子束电磁辐照BaO-SrO-TiO2-SiO2系统玻璃后,等温热处理制成的具有非铁电性能的极性微晶玻璃材料.利用可见光分光光度计,红外光谱(IR),X射线衍射分析(XRD),扫描电镜(SEM)探讨电子束辐照对玻璃结构和玻璃微晶化过程的影响.研究表明,由于电子束辐照,玻璃结构中形成氧离子缺位,造成E'色心,使玻璃的外观颜色随着辐照剂量的加大而由浅到深咖啡色.在光谱的250和560cm-1波段呈现吸收峰,证明玻璃结构发生变化,[TiO5]多面体出现,玻璃网络形成体团聚状态变化,利于玻璃微晶化及细化微晶显微结构.电镜分析证明微晶玻璃具有细化致密的显微结构,定向程度提高.d33压电测量仪测量结果表明微晶玻璃d33数值也随之增大,有多达30%的提高.     

CeO2含量对镓酸盐玻璃耐辐照性能的影响

镓酸盐玻璃是各种光学元件和头罩的理想材料,但是耐辐照性能较弱。采用不同含量的CeO₂掺杂镓酸盐玻璃,通过差热分析仪、紫外分光光度计、傅里叶红外光谱仪、X射线光电子能谱测试了不同CeO₂含量镓酸盐玻璃的玻璃化转变温度、玻璃晶化温度、辐照前后的透过光谱和各价态Ce离子的含量。结果表明,玻璃在CeO₂含量低于0.3wt%时,辐照后透过光谱出现降低,耐辐照稳定性较弱。CeO₂含量低于0.5wt%时,玻璃网络结构的稳定性随着CeO₂含量的增加而变大。提高玻璃网络结构的稳定性可以减少高能辐射后色心的形成,提高玻璃的耐辐照性能。CeO₂含量高于0.5wt%时,Ce³⁺的增加导致玻璃颜色加深,透过率降低。CeO₂含量高于0.8wt%以上时,玻璃中出现大量条纹。CeO₂含量为0.3wt%～0.5wt%的镓酸盐玻璃具有良好的耐辐照和光谱透过性能。     

高能粒子辐照对零膨胀微晶玻璃光学性质和面形光学稳定性的影响

研究了高能电子，高能质子对ＶＯ２微晶玻璃辐照前后光性质和面形光学稳定性的影响，研究结果表明，高能电子辐照能引起微晶玻璃面形明显变化，且使ＶＯ２微晶玻璃强烈着色。高能质子辐照没引起面形明显变化，高能质子辐照对反射光谱特性没有影响。     

电子束辐照诱导Cu超微粒子发生反应的HREM研究

用高分辨电子显微镜中的电子束对Ｃｕ超微粒子进行了连续的照射和跟踪观察，结果表明，电子束的辐照，首先使Ｃｕ发生了氧化反应，反应途径：Ｃｕ＋Ｏ２→成分为Ｃｕ和Ｏ的非晶膜→Ｃｕ的晶体氧化物：接着，新生的Ｃｕ的晶体氧化物，在电子束的继续照射下，又发生还原反应，Ｃｕ的氧化物不断地还原为Ｃｕ。在整个还原反应中，伴随着样品局部的多重又氧化还原现象交替出现。     

The Effect of Electron Beam Irradiation on Electron Diffraction Patterns of Bi-Sr-Ca-Cu-O High- Tc Superconductors

The effect of electron irradiation having the energy of 75, 100, and 200 keV on structural modifications of Bi-2212 superconducting samples has been studied. For the last energy, the irradiation time from zero to 150 min was used. At a constant energy of the electrons, the observed phenomena consist in the disappearance of the incommensurate unidimensional modulation, in the decreasing of spots' intensity and their elongation along the equivalent crystallographic axis a, and even spot splitting with the occurrence of double extra spots, with the increase of the irradiation time.After electron irradiation with energy of 75 and 100 keV, the structural modifications lead to some spot patterns consisting of some planar lattices (in some cases a pseudo-tetragonal one) that are twisted on each other at different angles (8°, 13.6°, 19°, etc.) around the axis of the incident electron beam. For the irradiation at increased doses of thin microcrystals having reduced lateral dimensions, the electron diffraction spots were arranged in discrete or partial continuous Debye rings or continuous concentric Debye rings characteristic for the polycrystalline state.After electron irradiation with energy of 200 keV, the effects of electron irradiation on Bi-2212 samples depend strongly on irradiation fluence rate and time and consisted in the following: disordering defects in the diffraction patterns (disappearance of some spots, spot intensity modification, streaks occurrence, spot elongation); alteration and disappearance of incommensurate structural modification; conversion of single crystal particle areas into polycrystalline material; and quasi-amorphization.A simple approach based on the evaluation of the displacement yield of in-plane oxygen atoms vs. irradiation time for the different incident energy and electron fluence rates could explain the general trend of irradiation damage in HTS materials.     

In Situ Repair of 2D Chalcogenides under Electron Beam Irradiation

Molybdenum disulfide (MoS₂) and bismuth telluride (Bi₂Te₃) are the two most common types of structures adopted by 2D chalcogenides. In view of their unique physical properties and structure, 2D chalcogenides have potential applications in various fields. However, the excellent properties of these 2D crystals depend critically on their crystal structures, where defects, cracks, holes, or even greater damage can be inevitably introduced during the preparation and transferring processes. Such defects adversely impact the performance of devices made from 2D chalcogenides and, hence, it is important to develop ways to intuitively and precisely repair these 2D crystals on the atomic scale, so as to realize high‐reliability devices from these structures. Here, an in situ study of the repair of the nanopores in MoS₂ and Bi₂Te₃ is carried out under electron beam irradiation by transmission electron microscopy. The experimental conditions allow visualization of the structural dynamics of MoS₂ and Bi₂Te₃ crystals with unprecedented resolution. Real‐time observation of the healing of defects at atomic resolution can potentially help to reproducibly fabricate and simultaneously image single‐crystalline free‐standing 2D chalcogenides. Thus, these findings demonstrate the viability of using an electron beam as an effective tool to precisely engineer materials to suit desired applications in the future.     

Ce3+掺杂氧化物玻璃的发光特征

制备了掺铈硼酸盐、硅酸盐、磷酸盐和锗酸盐等玻璃样品，测试了激发光谱和发射光谱，结果表明，随着玻璃光碱度的增大，即从磷酸盐到锗酸盐，Ce^3 的激发峰值波长从290nm到380nm，发射峰值波长从349nm到480nm，表现出强烈的Nephelauxetic效应，Stokes位移从50nm到100nm。较长的激发波长和发射波长有利于闪烁光在玻璃中的透过。较大的Stokes位移可以减少发射光的自吸收。作为玻璃闪烁体的基质，建议硼硅酸盐、硅酸盐和锗酸盐玻璃是比较合适的，本文为研制高密度玻璃闪烁体打下基础。     

电子辐照介质材料二次电子发射系数与能谱测量数据库

电子辐照电介质材料的二次电子发射特性是影响各类真空电子器件与设备性能的重要参数,本文对电子束辐照下二十余种常用的典型介质材料的二次电子发射特性进行了实验测量研究.采用收集极负偏压法测量二次电子发射系数(SEY),通过给二次电子收集极加载不同的偏压来引导二次电子的运动,实现对积累电荷的中和,实验获得了介质材料的SEY随着...