高能束国别照下Mo/Si多层膜及纯Cu的微观结构

摘要

低地球轨道(LEO)空间环境中运行的极紫外(EUV)空间太阳望远镜，是研究太阳活动的重要工具，利用它来监测和预报空间天气，可以降低太阳活动引起的危害，保障空间系统和地面基础设施的安全，以及人们的正常生活。但是，空间环境中的高能粒子束对EUV空间太阳望远镜的辐照，会引起其微观结构和应力的变化，从而造成低维光学器件的损伤，降低其光学和力学性能。
　　 为了研究空间辐照对EUV空间太阳望远镜中使用的多层膜反射镜性能的影响，本文采用空间综合辐照环境模拟设备模拟辐照后的Mo/Si多层膜作为研究材料，利用小角X射线衍射仪(XRD)、等离子激光发射率计和透射电子显微镜(TEM)对其进行了分析表征，研究结果表明制备多层膜的镀膜机真空度越高，制备的多层膜周期性越好，多层膜的反射率也越高；在制备多层膜的过程中，由于杂质气体的引入及Mo层和Si层的相互扩散，造成膜层界面粗糙，从而导致反射率的下降：辐照后Mo/Si多层膜结构仍呈现周期性变化，但发生了明显的扭曲现象，辐照后Mo/Si多层膜形成众多缺陷及过渡层的增厚，从而最终导致了反射率的降低。
　　 同时，为了研究强流脉冲电子束(HCPEB)辐照对EUV空间太阳望远镜中多层膜反射镜性能的影响，我们先对典型的面心立方(fcc)金属铜表面进行了HCPEB辐照处理，利用扫描电子显微镜(SEM)、TEM研究了其轰击次数与表面微观结构的关系，讨论了HCPEB诱发的变形结构和变形机制。单晶铜样品在HCPEB辐照后，在辐照中心区域诱发位错滑移变形，而在距辐照中心较远区诱发大量的空位簇缺陷；随着辐照次数的增加，空位簇的平均尺寸增加，大量空位簇缺陷形成的根本原因可能是{111}面的整体滑移。多晶铜样品在HCPEB辐照后，在表层诱发了幅值极大的应力和极高的应变速率；一次轰击后表层的变形结构以交滑移形成的位错胞为主，多次轰击后变形结构以平行的位错墙和孪晶为特征；多次轰击能够在表层热影响区触发孪生变形，同时在较大的剪切应力作用下，可能会造成某些原子面的扩散与位错攀移。
　　 通过本文的研究，有助于揭示辐照条件下材料辐照损伤机制并改善材料的抗辐照性能。