Электронно-микроскопические исследования полимерных пленок, облученных электронами

 

К.Б.  Тлебаев,  А.И.  Купчишин

 

Казахский Национальный Университет имени Абая, Республика Казахстан

 

Е-mail: ankupchishin@mail.ru

Разработка  и создание  новых материалов, удовлетворяющих требованиям современной ядерной энергетики и космической техники, а следовательно, обладающих высокими, качественно новыми физико-механическими свойствами, предопределяет необходимость детального изучения их структуры и получения информации о локальных изменениях, в частности  в полимерах. Необходимость таких исследований обусловлена выяснением поведения данных материалов, работающих в полях ионизирующих излучений.

Литературные данные [1-4] дают большой разброс в результатах, поскольку радиационная стойкость диэлектрических материалов может существенно зависеть от конкретных условий их изготовления и испытания   (вид радиации, режимы облучения – непрерывное или импульсное, кратковременное или длительное, на воздухе или в вакууме, при различных мощностях дозы  и дозы, типа  испытаний и др.).

Например,  влияние радиационного окисления на воздухе может приводить к большим повреждениям при малых мощностях доз при фиксированных интегральных дозах.

Поэтому детальное изучение влияния электронно-лучевых и электромагнитных воздействий на структуру и на процессы радиационного дефектообразования кристаллизующихся полимеров, таких как  полиимид, лавсан  и  политетрафторэтилен практически важно для выбора путей радиационной модификации их свойств. Просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ) представляет собой удобный инструмент для проведения таких исследований [5].

В данной работе исследуемые образцы из лавсана, полиимида и фторопласта-4 представляли собой  пленки толщинами 40 мкм промышленного производства. Облучение образцов материалов проводились на воздухе, при комнатной температуре  пучком ускоренных электронов на ускорителе ЭЛУ-6 квазинепрерывного действия при следующих параметрах пучка:

Энергия, МэВ                                          4.0

Плотность тока  j, мкА                          0,5

Время облучения t, мин                          до 30

Доза облучения D, кГр                          13,5 -27

В данных испытаниях температура образца поддерживалась  равной 30о С.

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 – ПЭМ-изображение поверхности необлученной лавсановой пленки. Поле изображения составляет 44 х 33 мкм

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок  2 – ПЭМ-изображение поверхности необлученной полиимидной пленки. Поле изображения –  44 х 33 мкм

Далее все образцы после облучения исследовались на оптическом просвечивающем электронном микроскопе Leica DM 6000 M с высокоразрешающими цифровыми камерами и программным обеспечением для анализа и сохранения изображений.

На рисунках 1 – 2  представлены микрофотографии необлученных пленок лавсана, полиимида. Видно, что в первом приближении структура  обоих материалов однородна по поверхности с вкраплением дефектов небольшого размера.

На рисунках 3 – 5  представлены микрофотографии облученных пленок лавсана, полиимида и фторопласта, полученные с помощью метода ПЭМ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3– ПЭМ-изображение пленки лавсана после облучения.  Поле изображения – 44 х 33 мкм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4 – ПЭМ-изображение пленки полиимида после облучения.  Поле изображения – 44 х 33 мкм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5 – ПЭМ-изображение пленки фторопласта после облучения.  Поле изображения – 44 х 33 мкм.

Сравнивая поверхности необлученных образцов и облученных дозой  D = 13.5 кГр  (лавсан, фторопласт)   и  полиимида дозой D=27 кГр можно заметить, что после воздействия  они имеют неоднородную поверхность с различной степенью дефектности. Кроме того, видны темные и светлые пятна различной плотности размером от одного до нескольких микрометров с четкими границами областей их локализации. Прослеживаются области с дополнительными контурами в виде углублений.

Полученные с помощью ПЭМ результаты указывают на   существенное влияние электронного облучения на структуры полимерных  пленок.

ЛИТЕРАТУРА

1.Бовей Ф. Действие ионизирующих излучений на природные и синтетические полимеры. Пер. с анг. – М., Изд-во иностр. лит., –1959  – 156 с.

2.Тлебаев К.Б. Теплофизика облученных полимеров и композитов. – Алматы: Кайнар, 2009. – 95 с.

3. Тлебаев К.Б., Купчишин А.И. и др. Радиационно-термические процессы в политетрафторэтилене. Монография. – Алматы: КазНПУ им. Абая, 2011, – 272 с.

4.Паншин Ю.А., Малкевич  С.Г., Дунаевская Ц.С. Фторопласты. –Л.: Химия,-1978. – 234 с.

5. Большаков М.А. и др. Воздействие мощного микроволнового излучения наносекундной длительности  на  полимерные материалы // Докл. РАН. – 2000. – т.371. – с.691– 695.