Experimental and Theoretical Studies of Radiation-Induced Conductivity in Spacecraft Polymers

Tyutnev, A. P.; Saenko, V. S.; Pozhidaev, E. D.; Ikhsanov, R. Sh.

doi:10.1109/tps.2015.2403955

Cited by 35 publications

(26 citation statements)

References 60 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…According to works [4][5][6], phenomena related to the radiation-induced electrical conductivity of polymers are best described by the Rouse-Fowler model. There are analytic and numerical solutions [7][8][9][10][11] for the model variations where either the spectrum of localization centers (traps) in the bandgap has only one or two states or the distribution of trap energy states follows the exponential law. Nanocomposite materials are characterized by existence of additional centers of localization in the bandgap.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

Using Rouse-Fowler model to describe radiation-induced electrical conductivity of nanocomposite materials

Dyuryagina

Yalovets

2017

J. Phys.: Conf. Ser.

View full text Add to dashboard Cite

Abstract. Using the Rouse-Fowler (RF) model this work studies the radiation-induced electrical conductivity of a polymer nanocomposite material with spherical nanoparticles against the intensity and exposure time of gamma-ray, concentration and size of nanoparticles. The research has found the energy distribution of localized statesinduced by nanoparticles. The studies were conducted on polymethylmethacrylate (PMMA) with CdS nanoparticles. IntroductionNanocomposite materials are materials formed by inclusion of nanoparticles into some matrix material. As a result, we can create a new functional material with unique electro physical properties. PMMA+CdS or CdSe nanocomposite allows creation of new types of photo galvanic and optoelectronic devices [1][2]. It is important to consider the possibility of using these devices under increased radiation (space, nuclear engineering, etc.). Therefore, the study of the nanocomposite radiation resistance is an important and relevant task [3]. Particular attention is given to spherical semiconductor nanoparticles such as CdS or CdSe due to the fact that their fluorescence band covers whole visible, near-IR and near-UV bands depending on the particle size. It is known that such size dependent properties are related to quantum confinement effects that are more pronounced with the smaller nanoparticle size. Thus nanocomposites with the nanoparticle size less than 10 nm possess the most interesting electrophysical properties. The maximal realization of electrophysical properties of CdS and CdSe nanoparticles requires their isolation from each other, that is why the nanoparticle concentration normally does not exceed 10 vol.%.Using the Rouse-Fowler (RF) model, this work studies the radiation-induced electrical conductivity of the polymer nanocomposite exposed to gamma-rays. According to works [4][5][6], phenomena related to the radiation-induced electrical conductivity of polymers are best described by the Rouse-Fowler model. There are analytic and numerical solutions [7][8][9][10][11] for the model variations where either the spectrum of localization centers (traps) in the bandgap has only one or two states or the distribution of trap energy states follows the exponential law. Nanocomposite materials are characterized by existence of additional centers of localization in the bandgap. The energy distribution of these centers depends on the shape, size and concentration of nanoparticles. Thus the need to describe electrophysical properties of nanocomposites requires the RF model generalization for a certain energy distribution of localization centers in the bandgap.

show abstract

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…Thus the need to describe electrophysical properties of nanocomposites requires the RF model generalization for a certain energy distribution of localization centers in the bandgap. [7][8][9][10][11].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Using Rouse-Fowler model to describe radiation-induced electrical conductivity of nanocomposite materials

Dyuryagina

Yalovets

2017

J. Phys.: Conf. Ser.

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…The type of ionizing radiation we have used affects the electronic devices of spacecrafts operating in geostationary and highly elliptical orbits, especially during geomagnetic perturbations [22,23]. We have shown that the co-PAEK films, due to their super-linear I-V characteristics, possess increased resistance to electrostatic discharges arising from the effects of ionizing radiation.…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Radiation-Induced Transient Currents in Films of Poly(arylene ether ketone) Including Phthalide Moiety

et al. 2019

View full text Add to dashboard Cite

The electrical properties of thin films of poly(arylene ether ketone) copolymers (co-PAEKs) with a fraction of phthalide-containing units of 3, 5, and 50 mol% in the main chain were investigated by using radiation-induced conductivity (RIC) measurements. Transient current signals and current-voltage (I-V) characteristics were obtained by exposing 20 ÷ 25 µm thick films of the co-PAEKs to monoenergetic electron pulses with energy ranging from 3 to 50 keV in an electric field ranging from 5 to 40 V/µm. The Rose-Fowler-Vaisberg semi-empirical model based on a multiple trapping formalism was used for an analysis of the RIC data, and the parameters of the highly dispersive charge carrier transport were evaluated. The analysis revealed that charge carriers moved in isolation from each other, and the applied electric fields were below the threshold field triggering the switching effect (a reversible high-to-low resistivity transition) in the co-PAEK films. It was also found that the co-PAEK films, due to the super-linear I-V characteristics, are highly resistant to electrostatic discharges arising from the effects of ionizing radiation. This property is important for the development of protective coatings for electronic devices.

show abstract

“…Для ряда полимеров значения k E , ν 0 определены в рабо-тах [7,[12][13][14][15], для оксида алюминия -в [8][9][10][11]. Для полимеров с дырочной проводимостью характерные значения констант k E ∼ 10 −16 m 3 /s, ν 0 ∼ 10 4 −10 11 s −1 , для оксида алюминия (электронная проводимость) -k E ∼ 10 −20 −10 −25 m 3 /s, ν 0 ∼ 10 13 s −1 .…”

Section: локализованные состоянияunclassified

“…Существующие аналитические и численные реше-ния [7][8][9][10][11][12][13][14] получены для вариантов модели, в которых спектр локализованных состояний (ловушек) в запре-щенной зоне содержит лишь одно или два состояния, либо ловушки распределены по экспоненциальному за-кону.…”

Section: Introductionunclassified

Радиационная Электропроводность Нанокомпозиционных Материалов

Дюрягина¹,

Яловец²

2018

Журнал Технической Физики

View full text Add to dashboard Cite

На основе модели Роуза-Фаулера-Вайсберга исследована радиационная проводимость нанокомпозита с включением сферических наночастиц в зависимости от интенсивности и времени воздействия гамма-излучения, концентрации и размера включений. Найден энергетический спектр локализованных состояний, обусловленных включением наночастиц. Исследования проведены для нанокомпозитов полиметилметакри-лат (PMMA) с включением наночастиц CdS и α-Al 2 O 3 и с включением наночастиц SrO. DOI: 10.21883/JTF.2018.06.46018.2235 Введение Нанокомпозиты -материалы, полученные путем внедрения наночастиц в некоторый матричный мате-риал. В качестве матрицы используют полупроводни-ковые или диэлектрические материалы, в том числе и полимеры, которые позволяют сохранить оптические свойства наночастиц, защищая их от химического воз-действия окружения. На основе таких нанокомпозитов (PMMA + CdS или CdSe) создают новые типы фото-гальванических приборов, различные оптоэлектронные устройства, методы и средства идентификации и марки-ровки, а также элементы для перспективных сенсорных и телекоммуникационных систем [1,2]. Важно учесть возможность использования данных приборов в усло-виях повышенной радиации, например в космонавтике или ядерной энергетике. Поэтому исследование радиа-ционной устойчивости данных нанокомпозитов весьма актуально [3].Свойства полупроводников и диэлектриков в отноше-нии удержания и переноса зарядов наиболее полно опи-сываются в рамках феноменологической модели Роуза-Фаулера-Вайсберга (РФВ) [4][5][6]. Как следует из этих работ, данная модель наилучшим образом описывает круг явлений, связанных с радиационной электропровод-ностью диэлектрических материалов.Существующие аналитические и численные реше-ния [7-14] получены для вариантов модели, в которых спектр локализованных состояний (ловушек) в запре-щенной зоне содержит лишь одно или два состояния, либо ловушки распределены по экспоненциальному за-кону.Нанокомпозиционные материалы характеризуются на-личием в запрещенной зоне дополнительных центров локализации, спектр которых определяется материалом, размером и формой включений. Необходимость описа-ния электрофизических свойств нанокомпозитов требует разработки метода решения системы уравнений РФВ для произвольного спектра локализованных состояний в за-прещенной зоне. Локализованные состоянияИзвестно, что диэлектрические или полупроводни-ковые материалы имеют собственные локализованные состояния, обусловленные различными структурными дефектами [7]. Это могут быть нарушения ближнего или дальнего порядка, растянутые химические связи, раз-личные инородные (на молекулярном уровне) примеси, которые приводят к изменению химического строения матрицы. Свойства локализованных состояний хорошо изучены для многих полимеров. Например, в таких по-лимерах, как PMMA, полиэтилен высокого давления, по-лиэтилен низкого давления, полистирол, поликарбонат, политетрафторэтилен установлен дырочный механизм электропроводности, и спектр локализованных состо-яний описывается экспоненциальным распределением N(E) = (N 0 /kT 1 ) exp(−E/kT 1 ), где N 0 -полная кон...

show abstract

Experimental and Theoretical Studies of Radiation-Induced Conductivity in Spacecraft Polymers

Cited by 35 publications

References 60 publications

Using Rouse-Fowler model to describe radiation-induced electrical conductivity of nanocomposite materials

Using Rouse-Fowler model to describe radiation-induced electrical conductivity of nanocomposite materials

Radiation-Induced Transient Currents in Films of Poly(arylene ether ketone) Including Phthalide Moiety

Радиационная Электропроводность Нанокомпозиционных Материалов

Contact Info

Product

Resources

About