白俄罗斯国立大学核问题研究所--支撑石墨烯出色的辐射耐受性:太空毫米波射电天文学的2D传感器

我们在实验和理论上研究了电离辐射对由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)平板分隔的石墨烯片堆叠的影响。这种异质结构在太赫兹范围内的超强吸收能力,使其有望在空间中部署基于石墨烯的太赫兹辐射热测量仪中使用。氢/碳离子束用于模拟质子和次级离子在设备上的作用。我们显示,在以密度为1.5×1012 cm-2的290 keV强烈离子束辐照后,石墨烯片仍完好无损。然而,由于由碳离子产生的最顶部的PMMA板的热损伤,可以基本上抑制石墨烯/PMMA多层的THz吸收能力。相比之下,质子由于在PMMA中的平均自由通过时间更长而没有这种负面影响。由于地球静止轨道上的粒子通量明显低于我们的实验所用的通量,因此我们得出结论,它不会对基于石墨烯/PMMA的太赫兹吸收器造成明显损害。我们的数值模拟表明,在地球静止轨道上,由于离子轰击而对石墨烯/PMMA多层膜造成的损害要低得多,足以影响石墨烯/PMMA多层膜(太赫兹辐射热测量仪的主要工作元件)的性能,该性能保持不变十多年

Figure 1. (a)SiO2衬底顶部的石墨烯/聚合物夹层的示意图和离子轰击实验示意图。(b–d)样品的SEM图像:(b)原始和用(c)两个和(d)四个离子脉冲辐照之后的5个石墨烯/PMMA双层。(e)在用2个(红色)和4个(蓝色)脉冲照射之前(黑色)和之后的样品表面粗糙度。

Figure 2.包含多个石墨烯/PMMA双层:1(a)、3(b)和5(c)个的石墨烯/PMMA夹层的THz透射光谱。(d)透射率。

Figure 3. 通过SRIM软件包计算的PMMA中质子(黑色方块)和碳离子(蓝色方块)范围的相关性。

Figure 4. 对地静止轨道(GEO)(SRIM数值模拟)上,1 µm厚石墨烯/PMMA双层质子谱的空位分布

相关研究成果于2021年由白俄罗斯国立大学核问题研究所Alesia Paddubskaya课题组,发表在Nanomaterials(https://doi.org/10.3390/nano11010170)上。原文:Outstanding Radiation Tolerance of Supported Graphene: Towards 2D Sensors for the Space Millimeter Radioastronomy。

(0)

相关推荐