CC BY
27Наноматериалы и нанотехнологии в аэрокосмической отрасли
УДК: 661.844 [544.541+538.958]
О ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОРОШКОВ Ба804 В КАЧЕСТВЕ ПИГМЕНТОВ ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ*
М. М. Михайлов, А. А. Ловицкий1
Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники Российская Федерация, 634050, г. Томск, просп. Ленина, 40 1E-mail: [email protected]
Проведено сравнение радиационной стойкости порошка BaSO4 и используемых в качестве пигментов ТРП космических аппаратов порошков ZnO и TiO2. Исследовано влияние модифицирования наночастицами SiO2 и ZrO2 на увеличение радиационной стойкость порошка BaSO4.
Ключевые слова: сульфат бария, терморегулирующие покрытия, модифицирование, пигменты, наночасти-цы, космические аппараты, излучения.
ABOUT THE POSSIBILITY OF USING BаS04 POWDERS AS PIGMENTS OF THERMOREGULATING COATINGS OF SPACE APPLIANCES
М. М. Mikhailov, А. А. Lovitskiy1
Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics 40, Lenina Av., ^msk, 634050, Russian Federation 1E-mail: [email protected]
The radiation resistance of BaSO4 powder and the ZnO and TiO2 powders used as pigments for TRP are compared. The effect of modification of SiO2 and ZrO2 nanoparticles on the increase in radiation resistance of BaSO4 powder is studied.
Keywords: barium sulfate, thermoregulatory coatings, modification, pigments, nanoparticles, space vehicles, radiation.
Порошки Ва$04 обладают высокой отражательной способностью в УФ, видимой и ближней ИК-областях спектра. Поэтому они используются в качестве отражающих покрытий интегрирующих сфер спектрофотометров во всех странах.
Ширина запрещенной зоны BaS04 такова, что край основного поглощения находится в области X < 200 нм. Эти свойства порошков обуславливают почти полное отсутствие поглощения основной части солнечного спектра. Поэтому интегральный коэффициент поглощения солнечного излучения (а8) порошков BaS04 с соответствующим гранулометрическим составом и при отсутствии или малом содержании примесей может быть меньше 0,1. Реально достигнутое значение а8 составляет порядка 0,07 [1].
На терморегулирующие покрытия (ТРП), расположенные на внешних поверхностях космических аппаратов (КА), действуют различные виды излучений. Поэтому исследования фото- и радиационной стойкости порошков BaS04, предназначенных для применения в качестве пигментов ТРП, представляют научный интерес и практическую значимость. В настоящее время в космической отрасли очень распространено использование 2п0 и ТЮ2 в качестве пигментов для ТРП КА.
Целью работы было сравнение радиационной стойкости порошков ZnO и TiO2, используемых в качестве пигментов ТРП, с радиационной стойкостью порошка BaSO4 и определение эффективности модифицирования порошка BaSO4 наночастицами SiO2 и ZrO2.
В исследованиях использовали порошок BaSO4 фирмы NACALAI TESQUE, INC класса EP (Extra Pure Reagent), нанопорошок SiO2 фирмы «Plasmotherm» с удельной поверхностью 120 м2/г и нанопорошок ZrO2 с размером зерен 20-40 нм, изготовленный на Сибирском химическом комбинате. Модифицирование осуществляли высокотемпературным способом: диспергирование в дистиллированной воде, выпаривание при 100 оС, прогрев в муфельной печи в течение 2 часов при 400 оС, перетирание в фарфоровой ступке. Порошки запрессовывали в металлические чашечки диаметром 28 мм под давлением 1 МПа, которые устанавливали в установке - имитаторе условий космического пространства «Спектр» [2]. Спектры диффузного отражения регистрировали в вакууме в диапазоне 0,2-2,1 мкм до облучения (рхо), затем облучали электронами [Е = 30 кэВ, ф = 21012 см-2с-1, Т = 300 К, Р = 5-10-7 тор], регистрировали спектры облученных образцов (р^ф) на месте облучения (in situ). Использовали порошок ZnO квалификации ОСЧ-14-2, порошок TiO2 - марки «Kronos».
* Работа выполнена при финансовой поддержке Федеральной целевой программы Министерства образования и науки РФ, проект № 14.574.21.0176.
Решетневскуе чтения. 2018
Рис. 2. Зависимость изменений коэффициента поглощения ах от времени облучения электронами порошка Ба804, модифицированного наночастицами 8Ю2 и 7г02
Для сравнения радиационной стойкости порошки Ба804, 2и0 и ТЮ2 облучали электронами (Е = 30 кэв, Е = 300 К) и рассчитывали изменения коэффициента поглощения а8 после каждого периода облучения. Результаты сравнения показаны на рис. 1.
Из рисунка следует, что порошок Ба804 обладает лучшей радиационной стойкостью по сравнению с порошками 2и0 и ТЮ2. Изменения коэффициента поглощения аз у порошка Ба804 в 2,2 раза, чем у порошка 2и0 и в 2,5 раза меньше, по сравнению с порошком ТЮ2.
Предварительно нами было установлено оптимальное значение концентрации наночастиц 8Ю2 и 2г02 для модифицирования порошка Ба804, равное 3 и 5 масс. % соответственно. Поэтому модифицирование осуществляли при этих значениях концентрации. На рис. 2 приведены зависимости Да8 от времени облучения электронами с энергией 30 кэВ при интенсивности ф = 2-1012см-2с-1.
Из рис. 2 следует, что радиационная стойкость порошка Ба804, модифицированного наночастицами выше по сравнению с не модифицированным порошком. Наиболее эффективным является модифицирование наночастицами 8Ю2 при концентрации 3 %.
Значение Да8 этого порошка при различном времени облучения в 1,3-1,8 раз меньше по сравнению с не модифицированным порошком.
Выполненные исследования позволяют заключить, что по своим оптическим свойствам и радиационной стойкости порошок BaSO4 имеет лучшие значения, по сравнению с порошками ZnO и TiO2 и может быть рекомендован для использования в качестве пигмента ТРП КА, а его модифицирование наночастицами SiO2 и ZrO2 позволит существенно увеличить радиационную стойкость.
References
1. Gilmore D. G. Spacecraft Thermal Control Handbook. Vol. 1: Fundamental Technologies 2 edition. American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA), Reston, Virginia, 2002. 836 p.
2. Apparatus for study of diffuse-reflection and luminescence spectra of solids in vacuum / L. G. Kositsyn, M. M. Mikhailov, N. Y. Kuznetsov, M. I. Dvoretskii // Instruments and experimental techniques New York, 1985. Vol. 28. P. 929-932.
© Михайлов М. М., Ловицкий А. А., 2018
