Laser acceleration of electrons and ions: principles, issues, and
реклама
Radiation modification of polymer nanocomposites Alexander Lobko Institute for Nuclear Problems, BSU Minsk Belarus Outline • Polymers and (nano)composites • Radiation modification of Polymers • Polymers radiation hardness (degradation) Motivation Нанотехнологии считаются революцией в современном материаловедении. Многофазные композиты полимеров с наноструктурами органических, неорганических и полимерных добавок привлекают сейчас пристальное внимание в связи с тем, что новые материалы по сравнению с обычными композитами полимеров обладают улучшенными физикомеханическими, термическими, барьерными, электрическими и другими свойствами, могут обладать повышенной химической стойкостью, что делает их весьма перспективным классом современных пластмасс. Могут ли эти новые материалы, полимерные нанокомпозиты, получить повышенную радиационную стойкость и послужить заменой применяемых в настоящее время полимеров, в частности, при проектировании новых ускорительных комплексов с повышенной светимостью? Polymers: definition Overall characteristics of polymers Composites and Nanocomposites Polymer nanocomposites Полимерные нанокомпозиты представляют собой двухфазные системы, содержащие полимерную матрицу и наполнитель, наноразмерный как минимум в одном измерении. Наполнители могут быть одномерными (нанотрубки и нановолокна), двумерными (слоистые минералы, например, глины) или трехмерными (сферические наночастицы). Причиной повышенного внимания к этим материалам заключается в том, что у нанодобавок существенно больше отношение площади поверхности к объему по сравнению с микро и макродобавками. Это приводит к улучшенным свойствам даже при малом количестве нанодобавок. Examples of nano-fillers applications Example of Nanocomposite structures Impact of radiation to polymers Effect of radiations on polymer chains Crosslinking of Polyethylene Teflon, фторопласт Radiation hardness estimation Radiation hardness of fiber-glass plastics and и epoxy composites Литературные и справочные данные дают большие разбросы в результатах, поскольку радиационная стойкость материалов существенно зависит от конкретных условий их изготовления и испытания (вид излучения, режим облучения – непрерывное или импульсное, кратковременное или длительное, на воздухе или в вакууме, какие мощности дозы применены). В частности, влияние радиационного окисления на воздухе может приводить к большим повреждениям при фиксированных интегральных дозах. Таким образом, испытания на радиационную стойкость должны проводиться в условиях их предполагаемой эксплуатации Elasticity coefficient dependence on dose Epoxy resins Breakdown voltage of typical insulators Degradation of polyepoxy and kapton Scheme of a radiation degradation UV degradation, thermo-oxidative degradation as well as radiation degradation are all similar chain reactions. As such, these processes consist of several steps: • chain initiation; chain propagation; chain branching; chain termination Scheme of a radiation degradation Scheme of a radiation degradation In controlling the route of those oxidative chain reactions, there are two main types of antioxidant stabilizers: • Primary, or chain-breaking antioxidants interfere with the chain propagation step. This step is the main carrier of the oxidative degradation. • Secondary, or preventive antioxidants destroy hydro-peroxide groups, responsible for chain initiation and chain branching . Some typical primary antioxidants Some typical secondary antioxidants Development of radiation hard scintillators F. Markley et al // Radiat. Phys. Chem. 41(1/2) (1993) 135-152 Chemical structure of antirads Chemical structure of shifters CONCLUSION The extremely long molecular chains of polymers can be broken easily by the absorption of a quantum of energy above the energy of the covalent bond of the main carbon chain, which typically is in range of 5-10 eV. The protection of polymers against high doses requires efficient additives preventing and/or stopping chain reaction type oxidative degradation. The controlled degradation of polymers of large molecular mass is a promising field of radiation application. Thank you for attention
