原子状酸素と高分子材料の表面反応:宇宙実験結果とin-situ地上実験結果の比較

原子氧与高分子材料的表面反应：空间与原位地面实验结果对比

• 批准号: 11750787
• 负责人: 田川 雅人
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kobe 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: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750787/
• 关键词: 原子状酸素; 低地球軌道; 地上試験; 軌道上試験; ポリイミド; 大気曝露; XPS; 宇宙環境; 高分子材料; 材料劣化; 宇宙実験

本研究は原子状酸素を照射した高分子表面が大気曝露を受けない宇宙空間では実際にどのような状態にあるのかを明らかにする事を研究目標とし、原子状酸素照射後の高分子の表面状態を大気曝露前後で比較し、宇宙実験サンプルへの大気曝露の影響を明らかにしようとするものである。試料としては代表的な宇宙用高分子であるポリイミドを選び、レーザーデトネーション型原子状酸素発生装置を用いて作成した超熱原子状酸素ビームを試料表面に照射し、大気曝露前後での表面状態の変化をX線光電子分光法を用いて検証した。実験の結果、原子状酸素照射後のポリイミド表面は大気曝露を行わない場合には酸素濃度が増大し、またX線光電子スペクトルの形状も照射前と大きく変化したが、大気曝露後は徐々に酸素濃度が減少するとともにスペクトル形状の変化も小さくなり、曝露前の表面状態に戻ってゆくことが明らかになった。ClsX線光電子スペクトルにおいては、大気曝露前にはカルボキシル基に起因するピークが大きく、多量の原子状酸素が化学吸着していることが示された。本実験で得られた大気曝露後のスペクトルは宇宙実験の結果得られているスペクトルと酷似しており、宇宙実験でサンプルを地上に回収後に得られたXPSスペクトルは大気曝露の影響を強く受けており、実際の軌道上での表面状態を反映していないことが明らかになった。また、水晶振動子マイクロバランス上に形成したポリイミド薄膜の質量変化を原子状酸素ビーム照射中にin-situに測定したところ、原子状酸素照射直後には、一旦、質量増加が観測された後に定常的な質量減少が観測された。コンピューターシミュレーションの結果より、90%以上のガス化反応は酸化された表面で生じていることが示唆され、ポリイミド表面の酸化プロセスがLEOにおけるポリイミドのエロージョンを理解する上で重要であることが示された。

This study は atomistic acid element を irradiation し た が big 気 exposure を polymer surface by け な い space で は be interstate に ど の よ う な state に あ る の か を Ming ら か に す る matter を research target と し, atomistic acid after irradiation の の polymer surface state を big 気 で comparison before and after exposure to し, the universe be 験 サ ン プ ル へ influence 気 exposure の の を Ming ら か に し よ う Youdaoplaceholder0 とする である である. Sample と し て は な representative of the universe with polymer で あ る ポ リ イ ミ ド を び, レ ー ザ ー デ ト ネ ー シ ョ ン atomic acid tubular element 発 を raw device with い て made し た epithermal atomistic acid element ビ ー ム を し に exposure, large sample surface 気 before and after exposure to で の surface state の variations change を X-ray photoelectron spectrometry を with い て 検 card し た. Be 験 の results, atomistic acid after irradiation の ポ リ イ ミ は big 気 ド surface exposure を line わ な い occasions に は acid concentration が raised large し, ま た X-ray photoelectron ス ペ ク ト ル の shape も before irradiation と big き く variations change し た が, after the big 気 exposure は xu 々 に acid levels が reduce す る と と も に ス ペ ク ト ル shape の small variations change も さ く な り, exposed the former の surface shape State に戻ってゆく とが Ming ら になった になった. ClsX line photoelectron ス ペ ク ト ル に お い て は, big 気 exposure before に は カ ル ボ キ シ ル base に cause す る ピ ー ク が big き く, more quantity の atomistic acid element が chemical sorption し て い る こ と が shown さ れ た. This be 験 で have ら れ た after the big 気 exposure の ス ペ ク ト ル は universe be 験 の results have ら れ て い る ス ペ ク ト ル と resembles し て お り, the universe be 験 で サ ン プ ル を に back to lying on the ground after 収 に ら れ た XPS ス ペ ク ト ル は big 気 exposure の を strong く by け て お り in orbit, the event be の で の surface state を reflect し て い な い こ と が Ming ら か に な Youdaoplaceholder0. ま た, crystal oscillator マ イ ク ロ バ ラ ン に form on ス し た ポ リ イ ミ の ド film quality - the を atomistic acid element ビ ー ム irradiation に in the in - situ に determination し た と こ ろ, atomistic acid exposure straight after に は, once, quality raised が 観 measuring さ れ た に after constant な quality to reduce が 観 measuring さ れ た. コ ン ピ ュ ー タ ー シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の results よ り, more than 90% の ガ ス turn against 応 は acidification さ れ た surface で raw じ て い る こ と が in stopping さ れ, ポ リ イ ミ ド surface の acidification プ ロ セ ス が LEO に お け る ポ リ イ ミ ド の エ ロ ー ジ ョ ン を understand す る で important で あ る こ と が shown さ れ た.

项目成果

田川雅人 ほか: "超熱原子線と固体表面の反応ダイナミクス"神戸大学ベンチャー・ビジネス・ラボラトリー年報. Vol.5. 105-108 (2000)

田川正人等：“超热原子束与固体表面之间的反应动力学”神户大学创业商业实验室年度报告第 5 卷 105-108 (2000)。

Kinoshita H., et al.: "The degradation of polyimide films due to the hyperthermal atomic oxygen exposures : in-situ mass loss measurement and effect of air exposures"Proceedings of the 8th International Symposium on Materials in a Space Environment. (in p

Kinoshita H. 等人：“由于高温原子氧暴露而导致的聚酰亚胺薄膜的降解：原位质量损失测量和空气暴露的影响”第八届空间环境材料国际研讨会论文集。

Tagawa M.: "Volume diffusion of atomic oxygen in a-SiO_2 protective coating at various temperatures"Proceedings of the 44th International SAMPE Symposium and Exhibition. Vol.44. 402-411 (1999)

Takawa M.：“不同温度下a-SiO_2保护涂层中原子氧的体积扩散”第44届国际SAMPE研讨会暨展览会论文集。

Tagawa M., et al.: "Volume diffusion of atomic oxygen in a-SiO_2 protective coating"High Performance Polymers. Vo.12,No.1. 53-63 (2000)

Takawa M.等人：“a-SiO_2保护涂层中原子氧的体积扩散”高性能聚合物。

Kinoshita H.: "Hyperthermal atomic oxygen beam-induced etching of HOPG(0001) studied by X-ray photoelectron spectroscopy and scanning tunneling spectroscopy"Surface Science. Vol.440,No.1. 49-59 (1999)

Kinoshita H.：“通过 X 射线光电子能谱和扫描隧道光谱研究 HOPG(0001) 的高温原子氧束诱导蚀刻”表面科学。