Optical properties and radiation resistance of Li₂SiO₃ liquid glass modified with SiO₂ .pdf Литиевые жидкие стекла используются во многих областях техники и промышленности [1, 2]. В последние годы они, наряду с калиевым жидким стеклом K2SiO3, применяются в качестве связующих соединений для изготовления терморегулирующих покрытий (ТРП) космических аппаратов (КА) класса «оптические солнечные отражатели». Многочисленными исследованиями последнего десятилетия установлена высокая эффективность модифицирования наночастицами с целью увеличения фото- и радиационной стойкости различных неорганических и органических соединений, в том числе и пигментов для ТРП [3, 4]. Для полимерных связующих такие исследования малочисленны, а для жидких стекол они не проводились. Настоящая работа направлена на исследование оптических свойств и радиационной стойкости исходного и модифицированного наночастицами SiO2 жидкого стекла Li2SiO3. При приготовлении образцов использовали водный раствор лития кремнекислого с кремнеземистым модулем 2.9-3.4 квалификации х.ч. и нанопорошок SiO2 с размером частиц 10-12 нм. Модифицирование осуществляли путем смешивания Li2SiO3 с наночастицами при наложении ультразвуковых волн. Образцы наносили в 3-4 слоя на алюминиевые подложки до достижения толщины порядка 150 мкм. Каждый слой высушивали не менее 12 ч. Рабочей характеристикой ТРП и связующих является интегральный коэффициент поглощения солнечного излучения (аs). Его рассчитывали в соответствии со стандартом [5] по спектрам диффузного отражения (ρλ), измеренным в солнечном диапазоне. Погрешность определения коэффициента поглощения не превышает 0.2% в области λ ≤ 1 мкм и 1% в более длинноволновой области. Облучение электронами (Е = 30 кэВ, Ф = 1•1016-1•1017 см-2) исходного и модифицированного Li2SiO3 осуществляли в имитаторе условий космического пространства «Спектр» [6] при Т = 300 К. На рис. 1, а показаны спектры ρλ жидкого стекла Li2SiO3 в исходном состоянии и после облучения электронами. Край основного поглощения соответствует 191 нм и незначительно смещается в сторону больших длин волн при облучении. Во всех спектрах регистрируются полосы поглощения при 820, 1420 и 1920 нм, эти полосы обусловлены ОН-группами [7]. Облучение электронами не дает заметных изменений спектров ρλ. В УФ- и видимой областях спектра регистрируются незначительные изменения. Спектры модифицированного жидкого стекла Li2SiO3/nSiO2 в исходном состоянии до и после облучения электронами качественно не отличаются от спектров немодифицированного жидкого стекла (рис. 1, б), изменения коэффициента отражения после облучения электронами также незначительные. Рис. 1. Спектры диффузного отражения ρλ и разностные спектры Δρλ немодифицированного (а) и модифицированного наночастицами SiO2 (б) жидкого стекла Li2SiO3 до и после облучения электронами Изменение спектров диффузного отражения (Δρλ) определяется разностью спектров до (ρλ0) и после облучения (ρλf): Δρλ = ρλ0 - ρλf . (1) В спектрах Δρλ немодифицированного жидкого стекла (рис. 1, а) после облучения регистрируются полосы поглощения в УФ-области при 235, 255-260 и 270 нм. В видимой и на границе с ближней ИК-областях регистрируется широкая полоса с выступами при 695, 850 и 990 нм. Наибольшее значение Δρ, полученное при максимальном флюенсе электронов (Ф = 1•1017 см-2), составляет всего 1.2%. В спектрах Δρλ облученного электронами модифицированного жидкого стекла Li2SiO3/nSiO2 (рис. 1, б) регистрируются те же полосы поглощения, как и в спектрах немодифицированного стекла Li2SiO3. Но в УФ-области они смещены до 230-235, 280 и 375 нм. В видимой и на границе с ближней ИК-областях регистрируется широкая полоса с выступами при 700, 800 и 900 нм. Интенсивность полос поглощения в этих спектрах меньшая. Расчеты интегрального коэффициента поглощения показали, что модифицирование приводит к уменьшению коэффициента поглощения исходного жидкого стекла: аs0 немодифицированного стекла равно 0.38, модифицированного - 0.34. При облучении коэффициент поглощения аs обоих стекол увеличивается за счет образования дефектов и соответствующих им полос поглощения (рис. 2). Рис. 2. Зависимость изменений коэффициента поглощения аs немодифицированного Li2SiO3 и модифицированного Li2SiO3/nSiO2 от флюенса электронов Из рис. 2 следует, что при малых значениях флюенса электронов, равных (2-4)•1016 см-2, значения Δаs модифицированного и немодифицированного жидких стекол отличаются незначительно. С увеличением флюенса отличие увеличивается и при Ф = 1•1017 см-2 разность между ними достигает величины 0.0011, что составляет 20% от его величины для модифицированного стекла. Такая кинетика свидетельствует о том, что при больших значениях флюенса электронов эффективность модифицирования наночастицами жидкого стекла Li2SiO3/nSiO2 будет увеличиваться.

Скачать электронную версию публикации