真空情况 对防静电热控涂层的导电机能 的影响

1、引言

热控涂层是航天器热控系统的主要 构成 部门,它可以或许 改变航天器的外观热物理性质，以便在辐射热交流 中有用 地节制 航天器的温度，使之在表里 热交流 进程 中，内部仪器、装备 工作时的温度不跨越 答应 局限 ，以包管 航天器内部的正常工作情况 。其道理 是调理 物体外观的太阳接收 率αs 和红外发射率εh 来节制 物体的热均衡 。地球同步轨道（GEO）存在的地磁亚暴情况 有严重的充放电效应，极地轨道的沉降电子会造成电荷在卫星外观热控涂层上积聚 ，当跨越 击穿阈值时，卫星外观将发生放电，这将对卫星带来极年夜 的粉碎感化 。因为 卫星外外观年夜 部门被用于温控的热控涂层所笼盖 ，所以可以经由过程 提高热控涂层的导电机能 来到达 防静电的目标 ，如在镜反射热控涂层外外观镀一层氧化铟锡（ITO）透明导电薄膜、在涂料型热控涂层中添加导电组分等。具有导电机能 的热控涂层也被称为防静电热控涂层，如ITO/F46/Ag热控涂层等。

但是 ，热控涂层在年夜 气下与在真空状况 下的机能 存在较年夜 差别 ，从真空状况 进入年夜 气中后，其电学机能 存在必然 的答复 效应。这申明 真空情况 对热控涂层的机能 有着较年夜 影响。

本文系统研究了紫外辐照前后真空情况 对防静电热控涂层电学机能 的影响，并提出了发生 这类 影响的缘由 ，给出了研究辐照情况 对防静电热控涂层电学机能 影响进程 中的数据阐明建议。

2、辐照实验

本实验 在北京卫星情况 工程研究所的空间综合情况 装备 长进 行。实验 样品别离为ITO/Kapton/Al、ITO/F46/Ag、OSR 二次外观镜，每种实验 样品的数目 为2 个；个中 ITO 膜厚度为0.1 μm，位于热控涂层的最外层。认真 空度到达 10-3 Pa 后，开启紫外源；当紫外辐照到达 500 ESH 后，封闭 紫外源。别离在辐照前的年夜 气状况 、高真空状况 、紫外辐照25 ESH、500 ESH、辐照后年夜 气状况 和 年夜 气状况 一段时间后丈量 样品的外观电阻率。实验 所用的近紫外源为1000W汞氙灯，行使 太阳摹拟 器辐照装配 ，具体实验 参数见表1。

图为：真空紫外辐照实验 参数表 外观电阻率采取 原位丈量 ，其测试道理 图及测试装配 图别离见图1 和图2。用GENESIS 60S型X 射线光电子能谱仪（XPS）对热控涂层的ITO膜层氧的存在进行了阐明，用TSPTT-200 型四极质谱仪对辐照前后的涂层放气情况进行了阐明。

图一二为：外观电阻率原位测试、安置 示意图

3、实验 了局及阐明

3.1 从年夜 气状况 到紫外辐照前期

别离在年夜 气状况 下、真空度2.6×10-3Pa 和紫外辐照25ESH后对3种防静电热控涂层进行外观电阻率测试，测试了局见图3～图5。个中 每种涂层2组图形的不同可能因为 辐照度及样品自己 的不平均 性致使 ，但转变 纪律 是一致的。

由图3~图5为： 从年夜 气到辐照前外观电阻率的转变 示意图 ，可知，样品从年夜 气情况 进入真空状况 后，外观电阻率下降 ；当紫外辐照25 ESH 后，外观电阻率进一步下降 。

3.2 紫外辐照后期至年夜 气状况

别离在紫外辐照500 ESH、由真空回至年夜 气状况 和 年夜 气状况 一段时间后对3 种防静电热控涂层进行外观电阻率测试，测试了局别离见图6～图8。

由图6～图8 为：紫外辐照后期至年夜 气状况 图，阐明可知：样品从真空状况 进入年夜 气状况 后，外观电阻率升高；当在年夜 气情况 中放置一段时间后，外观电阻率进一步升高。

4、机理研究

ITO薄膜的导电性缘于它是一种N型半导体，高导电率主如果 因为 高电子浓度的原因 。ITO 薄膜中的载流子主要来自于铟掺锡和构成 氧空位而处于弱激起 状况 的电子。当 Sn4+进入In2O3 的晶格时，很轻易 庖代 In3+的位置构成 替位固溶体。当Sn4+置换部门In3+时，为包管 电中性，易变价的Sn4+将捕捉一个电子而酿成 （Sn4++e），即Sn3+。这个电子与Sn3+的联系是弱约束 的，是载流子起原 之一。

同时在ITO薄膜中还存在着别的 一种缺点 ，这就是氧空位。In2O3 中的部门氧离子O2-离开 原晶格，即构成 氧空位。

氧空位相当于一个带正电荷的中间 ，能约束 电子。被约束 的电子处于氧离子空位上，为临近 的In3+所共有，它的能级距导带很近，当受激起 时该电子可跃迁到导带中，因此 使ITO 薄膜具有导电性。

对防静电热控涂层进行XPS（X射线光电子谱）阐明，研究其氧元素的存在状况 ，对其氧元素分峰，见图9辐照前o元素能谱峰图。

由图9可以看出，辐照前薄膜外观的O 1s_a峰和O 1s_c 峰别离对应于足氧状况 和缺氧状况 ：低连系 能的O 1s_a 峰代表了In2O3 晶格中氧原子，即In—O 键中的氧；O 1s_c 峰代表着ITO 膜中氧空位的数目，而氧空位直接同薄膜中的载流子浓度数目 相干 。平常认为，一个氧空位供应 2 个自由电子，并在能带构造 中引入檀越 杂质能级。

对紫外辐照前后的防静电热控涂层进行氧元本质 谱及时 检测阐明（图10），虚线为本底无涂层状况 紫外辐照下的情况，实线为放入样品后紫外辐照下的情况。由比较 可知，紫外辐照最先 后，存在着一段时间的氧元素的释放，这申明 在紫外辐照下，防静电热控涂层ITO膜层可能存在着化学吸附氧的析出。

图为：紫外辐照后o元素放气情况

因为 ITO 膜中存在氧空位缺点 ，年夜 气前提 下，外观存在着对氧的化学吸附。化学吸附氧的存在削减 了导带中自由电子的数目 。跟着 真空度的提高，化学吸附氧的数目 将逐步 削减 ，从而使涂层的外观电阻率下降 。当对其进行紫外辐照后，在紫外辐照的感化 下，化学吸附氧取得 能量进一步解吸附，同时ITO 膜价带中的约束 电子也将接收 辐照能量跃迁到导带，从而使得ITO 膜导带中的自由电子增多，导电机能 加强 ，外观电阻率下降 。

当将紫外辐照后的防静电热控涂层从真空状况 下转回年夜 气中，ITO 膜层中的氧空位缺点 又将最先 吸附氧，从而削减 了导带中的自由电子数目 ，引发 导电机能 下降，外观电阻率升高；跟着 在年夜 气状况 中放置的时间增进 ，氧空位缺点 的吸附氧数目 将进一步增添 ，外观电阻率也将进一步增添 ，直到吸附氧到达 饱和。

5、接洽

摘要：文章经由过程 实验 研究了近紫外辐照前后的真空情况 对防静电热控涂层的电学机能 影响，商量 了真空情况 对防静电热控涂层电学机能 影响的机理，给出了地面摹拟 实验 进程 中关于数据阐明的建议。研究发现：真空情况 将引发 防静电热控涂层的外观电阻率下降 、导电机能 加强 ，而氧空位的增添 和吸附氧的释放则是其外观电阻率下降 的主要缘由 。

由上面的研究阐明可以知道，真空情况 对防静电热控涂层的导电机能 有侧重 要的影响。在紫外辐照前，跟着 真空度的提高，ITO 防静电热控涂层的外观电阻率将下降 ；而辐照后从真空状况 下恢复到年夜 气状况 后，其外观电阻率又将增年夜 。阐明缘由 ，是因为 ITO 半导体膜层中存在氧空位的原因 。所以，防静电热控涂层随航天器从地面发射升空后，其早期 的导电机能 将比在地面时有所提高。

在对防静电热控涂层导电机能 的地面摹拟 实验 中，因为 在紫外辐照早期 存在着吸附氧继续解吸的可能，是以 在数据阐明时，未辐照或 短时间 辐照的实验 数据不适合 用来拟合阐明涂层导电机能 的长时间 退化趋向 。