低地球軌道上の原子状酸素と炭素/高分子系宇宙用材料の反応に関する原子オーダー解析

近地轨道上原子氧与碳/聚合物空间材料反应的原子级分析

• 批准号: 09751006
• 负责人: 田川 雅人
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09751006/
• 关键词: 原子状酸素; グラファイト; 宇宙環境; 走査トンネル顕微鏡; 低地球軌道; 材料劣化; 炭素材料; 表面反応; ポリイミド; 劣化; 高分子

本申請においてはlaser breakdown型原子状酸素発生装置の特徴を生かして、構造材として機体各部に広範に利用されている炭素系材料のモデル材料として熱分解黒鉛(HOPG)を選び、原子状酸素との反応を研究室に現有の超高真空対応走査トンネル顕微鏡(STM)とX線光電子分光装置(XPS)を用いてin-situ観察を試みるものである。本研究の結果、5eVの運動エネルギーを有する原子状酸素がHOPG基底面と反応する場合には、STM像においてprotrusionが観察された。これは反応サイトにおいて炭素原子が気化反応で失われ、ダングリングボンドに酸素原子が吸着したために生じた、局部的な電子状態の乱れに起因するものと思われる。このprotrusionの密度は原子状酸素のフルーエンスと比例関係にあり、その傾きから反応確率は10^<-3>程度であることが明らかになった。この値はこれまでスペースシャトルを使って宇宙での質量減少から計算された原子状酸素とグラファイトの反応確率(0.13)より2桁小さい。これは原子状酸素のフルーエンスが大きくなると観察されるhillock like structureにより、その斜面ではグラファイトのプリズム面が現れることから、、反応の進行しやすいプリズム面での反応が支配的になるためであると考えられる。また、XPSの結果からは原子状酸素のフルーエンスが約4x10^<17>atoms/cm^2で表面酸素量は飽和値(0.94)に達し、ほとんどが化学吸着状態であることも確かめられた。これにより、steady-stateな原子状酸素とグラファイトの反応系ではグラファイト上の吸着酸素の影響を考慮する必要があることが示された。

This application relates to the characteristics of laser breakdown type atomic acid generator, structural materials, etc., which are used in various parts of the body, carbon materials, thermal decomposition lead (HOPG), atomic acid, etc., in the research laboratory, and the application of ultra-high vacuum micro-mirror (STM) and X-ray photoelectron spectrometer (XPS). The results of this study show that the atomic element in the HOPG substrate and the STM image have been investigated in the case of 5eV motion. The reason why carbon atoms are absorbed and partially disturbed is that the carbon atoms are absorbed and destroyed. The density of the atomic element is proportional to the accuracy of the atomic element<-3>. The atomic element was calculated by the mass reduction method. The atomic element has a large hillock-like structure, and the inclined surface has a large surface, and the reverse surface has a large surface. The XPS results show that the atomic acid content is about 4x10^<17>atoms/cm^2, and the surface acid content is about 0.94. The effect of sorbant on the reaction system of atomic acid in the steady-state state is necessary.

项目成果

Kinoshita H.et al.: ""Hyperthermal Atomic Oxygen Interaction with Highly Oriented Pyrolytic Graphite Studied by Scanning Tunneling Microscopy"," Proceedings of the 7th International Symposium on Materials in a Space Environment,ESA-SP399. 211-216 (1997)

Kinoshita H.等人：“通过扫描隧道显微镜研究的超高温原子氧与高度定向热解石墨的相互作用”，第七届空间环境材料国际研讨会论文集，ESA-SP399。

N.Ohmae et al.: "Space tribology activities in Japan-Laboratory data and flight experiment aboard SFU/EFFU" Proc.7th International Symposium on Materials in a Space Environment. ESA SP-399. 387-391 (1997)

N.Ohmae 等人：“日本的空间摩擦学活动 - SFU/EFFU 上的实验室数据和飞行实验”Proc.7th 国际空间环境材料研讨会。

H.Kinoshita et al.: "Hyperthermal atomic oxygen interaction with highly oriented pyrolytic graphite studied by scanning tunneling microscopy" Proc.7th International Symposium on Materials in a Space Environment. ESA SP-399. 211-216 (1997)

H.Kinoshita 等人：“通过扫描隧道显微镜研究了高温原子氧与高度定向热解石墨的相互作用”Proc.第七届空间环境材料国际研讨会。

M.Tagawa et al.: "Oxidation of room temperature silicon(001)surfaces in a hyperthemal atomic oxygen" Proc.7th International Symposium on Materials in a Space Environment. ESA SP-399. 225-229 (1997)

M.Takawa 等人：“高温原子氧中室温硅（001）表面的氧化”Proc.7th 国际空间环境材料研讨会。

Kinoshita H.et al.: "“Surface reaction of a low flux atomic oxygen beam with a spin-coated polyimide film.Translational energy dependence on the reaction efficiency"," Transactions of the Japan Society for Aeronautics and Space Sciences. Vol.41,No.132. 94

Kinoshita H. 等人：“低通量原子氧束与旋涂聚酰亚胺薄膜的表面反应。平移能量对反应效率的依赖性”，《日本航空航天学会汇刊》第 41 卷，第 94 号。