一种柔性压电复合薄膜材料的电离辐照测试方法技术

本发明专利技术涉及新材料领域，为了解决目前在地面模拟空间电离辐照的环境下，对于柔性薄膜功能材料测试方法尚存在空白的问题，提出一种柔性压电复合薄膜材料在地面模拟空间电离辐照过程的测试方法，包括如下步骤：S1：通过真空质量损失试验，选择适用于空间环境的柔性压电复合薄膜材料；S2：将步骤S1所得柔性压电复合薄膜材料，测试其初始的压电性能、力学性能等指标；S3：将所述柔性压电复合薄膜材料进行电离辐照试验；S4：将S3所得辐照试验完成后，测试所述柔性压电复合薄膜材料的压电性能、力学性能等指标，并进行数据处理，获得各性能指标变化率或者性能指标随电离辐照剂量变化的曲线。率或者性能指标随电离辐照剂量变化的曲线。率或者性能指标随电离辐照剂量变化的曲线。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性压电复合薄膜材料的电离辐照测试方法


[0001]本专利技术属于空间用新材料
，具体涉及一种柔性压电复合薄膜材料的电离辐照测试方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着我国航天事业的快速发展，空间用新材料正向高性能、功能化、智能化方向发展。压电材料是一类具有正压电效应或逆压电效应的材料，可以实现电能和机械能的转换。当压电材料受到机械力的作用时，材料的变形使得材料内部晶体中的正负异号电荷中心不重合，导致材料的表面产生正负相反的等量电荷，这种机械能产生电能的效应称之为正压电效应；当于压电材料的极化方向上施加外加电场时，材料内部晶体中正负异号的电荷随之产生位移从而使得材料发生形变，这种由电能转化为机械能输出的过程称为逆压电效应。基于正、逆压电效应，压电材料用于制备传感器、供能器件，在航空航天、海底探勘、医疗器械等方面得到了广泛的应用。目前压电材料与器件的研究方向主要集中于柔性化、轻质化、小型化，同时科研工作者正着力研究开发应用于高性能航天装备用高精度响应和大驱动力输出的柔性压电复合薄膜材料。
[0003]空间环境非常复杂，环境因素主要包括高真空度、温度频变、空间辐射、真空紫外、原子氧、空间碎片、电磁场等等。有关机构经过统计分析造成飞行器事故原因，将失效的原因分为七大类，分别是等离子体、辐射效应、空间碎片、大气环境、太阳辐射、热效应和地磁场因素，其中辐射效应是主要因素，引起飞行器异常的案例占比45％。研究空间电离辐射对航天器安全飞行的影响意义重大，贡献电离辐射的粒子有电子、质子、高能粒子、X射线、γ射线等，地面模拟空间辐照环境通常选择
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Coγ射线作为电离辐照源。
[0004]γ射线是一种高能电磁波，当通过物质时发生电磁相互作用，引发光电效应、康普顿效应、电子对产生。这三种作用都会产生次级电子，这些次级电子引发电离和激发。柔性压电复合薄膜材料是一类聚合物/无机压电陶瓷复合材料。聚合物受辐照的电离或激发，产生聚合物分子交联或降解，同时还可能伴有异构化/异构环、小分子释放、不饱和结构等产生。辐照剂量、剂量率、含氧量均会影响聚合物的结构变化，进而影响其力学性能、热性能、电性能等。电离辐照可能使压电陶瓷的晶体结构产生缺陷，空位、位错、层错等，进而影响材料力学性能变化、如脆性、韧性等，以及压电性能。
[0005]因此，对于应用于航天装备的柔性压电复合薄膜材料，地面模拟电离辐照的环境可靠性研究对于提高飞行安全具有极其重要的研究意义。文献(Journal of Polymer Science Part B:Polymer Physics,2006,44(22):3253
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64)报道了压电聚合物PVDF应用于空间环境的评价，主要考虑的空间环境因素是真空紫外辐照和伽马射线辐照，测试了PVDF薄膜在辐照前后的压电应变常数d
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。但是，该文献关注的是纯聚合物材料，未涉及复合压电材料在辐照环境下的性能测试，而功能复合材料的失效不仅存在于材料内部，还可能存在于复合界面。CN112147162A公开的一种
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Coγ射线真空辐照试验用剂量耦合装置及方法，重点解决了相关技术中射线辐射剂量存在浪费的问题，未提及关于具体复合材料或功能材料
及器件的测试方法。
[0006]由此可见，压电功能材料在电离辐照环境下的测试方法目前在该领域尚存在空白，空间用柔性压电复合薄膜材料是一类多功能复合材料，在电离辐照环境下，材料分子结构、两相或多相材料间的界面层等，均可能在辐照过程中发生结构变化、退化，甚至失效，影响材料的功能稳定性，进而影响空间飞行器的安全运行。因此，建立柔性压电材料在地面模拟空间辐照环境中的测试方法尤其重要。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是，针对目前柔性压电材料及器件在地面模拟空间辐照环境的测试方法存在的空白，提供一种柔性压电复合薄膜材料的电离辐照测试方法，对于模拟固定辐照剂量，提出性能指标下降率衡量评价材料；对于模拟不同的电离辐照剂量，提出测试方法以及数据拟合公式，预测最小性能值，为应用于航天装备的柔性压电复合薄膜材料，地面模拟电离辐照的环境可靠性评价提出一套可行的测试技术方法。
[0008]本专利技术为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
[0009]一种柔性压电复合薄膜材料的电离辐照测试方法，包括以下步骤：
[0010]S1：通过真空质量损失试验，选择真空下质量稳定的柔性压电复合薄膜材料；
[0011]S2：将步骤S1所得柔性压电复合薄膜材料，测试其初始的压电性能、力学性能等指标；
[0012]S3：将所述柔性压电复合薄膜材料进行电离辐照试验，当辐照剂量达到试验计划的总剂量时，辐照试验完成；
[0013]S4：当S3所述辐照试验完成后，测试所述柔性压电复合薄膜材料的压电性能、力学性能等指标，并进行数据处理，获得各性能指标变化率或者各性能指标随电离辐照剂量变化的曲线。
[0014]按上述方案，所述柔性压电复合薄膜材料是一类聚合物/无机压电陶瓷复合材料，其中聚合物包括但不限于环氧树脂、聚酰亚胺(PI)、聚芳砜(PASF)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)、聚亚苯亚砜等中的一种或多种，无机压电陶瓷包括但不限于钛酸钡(BaTiO3)、锆钛酸铅(PZT)、铌酸盐系和铌镁酸铅系陶瓷等中的一种或多种。具体地，所述柔性压电复合薄膜材料可以为环氧树脂/PZT、环氧树脂/BaTiO3、PI/PZT等。
[0015]按上述方案，所述柔性压电复合薄膜材料的厚度≤500μm，弯曲半径≤20mm。
[0016]按上述方案，步骤S1中，真空下质量稳定的柔性压电复合薄膜材料指的是在真空度10
‑2～10
‑4Pa，24h条件下，质量损失≤1％的柔性压电复合薄膜材料。
[0017]按上述方案，步骤S2中，力学性能数据包括拉伸强度、断裂伸长率，以及表征材料柔性的弯曲半径等性能数据；压电性能包括压电应变常数等。
[0018]进一步地，步骤S2中，压电性能测试前对所述的柔性压电复合薄膜材料进行预处理，包括上电极和极化。上电极的过程为：在所述柔性压电复合薄膜材料的表面涂覆或溅射一层具有高导电率、结合牢固的银膜，作为电极；极化的过程为：采用电晕极化或油浴极化的方式对所述上电极后的柔性压电复合薄膜材料进行极化，具体地，可以在5～60MV/m的场强下，于80～120℃油浴锅中极化10～60min。
[0019]按上述方案，步骤S3中电离辐照试验的总剂量为104～107Gy，剂量率不大于30Gy/
s，剂量率可以在0.1～5Gy/s、5～10Gy/s、10～20Gy/s、5～20Gy/s、5～30Gy/s这些范围进行选择。具体地，电离辐照试验的过程，包括如下步骤：
[0020]S31：基于柔性压电复合薄膜材料轻、薄、柔的特性，需要将所述柔性压电复合薄膜材料贴附在支架上，再置于真空室内；以减少空气中氧分子等对材料的影响，真空容器的真空度优于1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性压电复合薄膜材料的电离辐照测试方法，其特征在于包括以下步骤：S1：通过真空质量损失试验，选择真空下质量稳定的柔性压电复合薄膜材料；S2：将步骤S1所得柔性压电复合薄膜材料，测试其初始的压电性能、力学性能的指标；S3：将所述柔性压电复合薄膜材料进行电离辐照试验，当辐照剂量达到试验计划的总剂量时，辐照试验完成；S4：在S3所述辐照试验完成后，测试所述柔性压电复合薄膜材料的压电性能、力学性能的指标，并进行数据处理，获得各性能指标变化率或者各性能指标随电离辐照剂量变化的曲线。2.根据权利要求1所述的一种柔性压电复合薄膜材料的电离辐照测试方法，其特征在于所述柔性压电复合薄膜材料是一类聚合物/无机压电陶瓷复合材料，其中聚合物包括环氧树脂、聚酰亚胺、聚芳砜、聚醚醚酮、聚醚酮、聚亚苯亚砜，无机压电陶瓷包括钛酸钡、锆钛酸铅系陶瓷、铌酸盐系陶瓷和铌镁酸铅系陶瓷；并且，所述柔性压电复合薄膜材料的厚度≤500μm，弯曲半径≤20mm。3.根据权利要求1所述的一种柔性压电复合薄膜材料的电离辐照测试方法，其特征在于，步骤S1中，真空下质量稳定的柔性压电复合薄膜材料指的是在真空度10
‑2～10
‑4Pa，24h条件下，质量损失≤1％的柔性压电复合薄膜材料。4.根据权利要求1所述的一种柔性压电复合薄膜材料的电离辐照测试方法，其特征在于，步骤S2、S4中，力学性能的指标包括拉伸强度、断裂伸长率，以及表征材料柔性的弯曲半径的性能数据；压电性能的指标包括压电应变常数。5.根据权利要求1所述的一种柔性压电复合薄膜材料的电离辐照测试方法，其特征在于，步骤S2、S4中，压电性能测试前对所述的柔性压电复合薄膜材料进行预处理，包括上电极和极化。6.根据权利要求1所述的一种柔性压电复合薄膜材料的电离辐照测试方法，其特征在于，步骤S3中电离辐照试验的总剂量为104～107Gy，剂量率不大于30Gy/s。7.根据权利要求1所述的一种柔性压电复合薄膜材料的电离辐照测试方法，其特征在于，电离辐照试验的过程，包括如下步骤：S31：将所述柔性压电复合薄膜材料贴附在支架上置于真空容器中，以减少空气中氧分子对材料的影响，真空容器的真空度优于10
‑3Pa；S32：采用
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Coγ射线辐照源，根据剂量计对剂量...

【专利技术属性】
技术研发人员：董丽杰，琚艳云，周令，赵婷婷，张扬，张启蒙，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：