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随着核电技术的快速发展,核电站中电气设备的安全问题受到广泛关注。聚合物绝缘材料在核电站等辐射环境中获得了广泛的应用,因此研究其在辐照环境下的老化机理对于保障核电设备安全具有重要意义。本文以聚酯薄膜(Polyethylene Terephthalate,PET)为研究对象,探讨了γ线辐照对PET薄膜的电荷输运行为的影响,结合理化结构、机械性能和仿真计算,揭示了材料结构与电荷输运行为的相关性,为在核电站中安全使用PET材料提供理论和实验依据。主要工作如下:
1.采用60Co-γ射线源对PET薄膜进行辐照处理,累积辐照剂量分别为0、100、500和1000kGy,分析了γ辐照剂量对PET薄膜理化结构的影响。结果表明,辐照后PET薄膜的傅里叶红外光谱没有发生明显变化,通过X射线光电子能谱和紫外可见吸收光谱观察到PET薄膜发生了氧化反应,生成了羰基和羟基等氧化产物。辐照后PET薄膜的禁带宽度变窄。在辐照作用下,PET薄膜没有发生交联反应。随着辐照剂量的增加,熔点、起始熔融温度、结晶度和片晶厚度整体上呈现出增大趋势。而熔程和结晶温度则呈现出相反的趋势。PET薄膜的晶粒尺寸和规整度随辐照剂量的增加而提高。
2.采用表面电位衰减法研究了γ辐照对PET薄膜电荷输运行为的影响。结果表明,随着辐照剂量的增加,PET薄膜的电子或空穴深陷阱能级基本不变,浅陷阱能级变浅,且深、浅陷阱中心的密度均降低;正、负电荷迁移率随辐照剂量增加而增加,且电导方式符合跳跃电导模型。PET薄膜试样的电导率存在明显的温度依赖性。在80℃时,直流电导率随着辐照剂量的增加而增加;在35和150℃下,电导率变化不明显。随辐照剂量的增大,直流击穿场强降低。抗张强度呈现出先增大后减小的趋势,与结晶度的变化规律相互印证,断裂伸长率随辐照剂量增加而减小。
3.采用单极性电荷输运模型对表面电位衰减过程进行仿真计算,与实验结果具有较好地一致性,证明辐照前、后的PET样品表面电位衰减过程均符合单极性电荷输运模型。进一步通过理论计算,分析了体陷阱密度、体陷阱能级、表面陷阱能级等依赖于辐照剂量的参数对表面电位衰减过程的影响。结果表明,受γ线辐照影响,PET薄膜的体陷阱密度减低、体陷阱能级变浅、表面陷阱能级变浅及温度升高会影响电荷注入、入陷-脱陷和迁移过程,导致表面电位衰减加快。
1.采用60Co-γ射线源对PET薄膜进行辐照处理,累积辐照剂量分别为0、100、500和1000kGy,分析了γ辐照剂量对PET薄膜理化结构的影响。结果表明,辐照后PET薄膜的傅里叶红外光谱没有发生明显变化,通过X射线光电子能谱和紫外可见吸收光谱观察到PET薄膜发生了氧化反应,生成了羰基和羟基等氧化产物。辐照后PET薄膜的禁带宽度变窄。在辐照作用下,PET薄膜没有发生交联反应。随着辐照剂量的增加,熔点、起始熔融温度、结晶度和片晶厚度整体上呈现出增大趋势。而熔程和结晶温度则呈现出相反的趋势。PET薄膜的晶粒尺寸和规整度随辐照剂量的增加而提高。
2.采用表面电位衰减法研究了γ辐照对PET薄膜电荷输运行为的影响。结果表明,随着辐照剂量的增加,PET薄膜的电子或空穴深陷阱能级基本不变,浅陷阱能级变浅,且深、浅陷阱中心的密度均降低;正、负电荷迁移率随辐照剂量增加而增加,且电导方式符合跳跃电导模型。PET薄膜试样的电导率存在明显的温度依赖性。在80℃时,直流电导率随着辐照剂量的增加而增加;在35和150℃下,电导率变化不明显。随辐照剂量的增大,直流击穿场强降低。抗张强度呈现出先增大后减小的趋势,与结晶度的变化规律相互印证,断裂伸长率随辐照剂量增加而减小。
3.采用单极性电荷输运模型对表面电位衰减过程进行仿真计算,与实验结果具有较好地一致性,证明辐照前、后的PET样品表面电位衰减过程均符合单极性电荷输运模型。进一步通过理论计算,分析了体陷阱密度、体陷阱能级、表面陷阱能级等依赖于辐照剂量的参数对表面电位衰减过程的影响。结果表明,受γ线辐照影响,PET薄膜的体陷阱密度减低、体陷阱能级变浅、表面陷阱能级变浅及温度升高会影响电荷注入、入陷-脱陷和迁移过程,导致表面电位衰减加快。