Atomic-oxygen-induced roughening on polymer surfaces studied by positron annihilation

後藤 亜希*; 満汐 孝治*; 岡 壽崇   ; 田川 雅人*; 山下 真一*

Goto, Aki*; Michishio, Koji*; Oka, Toshitaka; Tagawa, Masahito*; Yamashita, Shinichi*

高度300km以下の超低軌道(VLEO)を利用することは、高解像度の地球観測や低コストでの打ち上げ・通信に有利である。VLEOの大気は主に原子状酸素(AO)で構成されており、これが8km s程度の速度で衛星の進行方向の表面と衝突するため、熱制御や構造に使用される有機材料の侵食、粗面化、劣化が生じる。耐AO性を持ち平滑化を保つことのできる材料を利用することは、長寿命のVLEO衛星にとって不可欠である。本研究では、高分子材料の非晶質領域の構造がAO照射による表面形状変化にどのように影響を及ぼすかを調べた。未延伸ポリプロピレン(PP)フィルムと二軸延伸PPフィルムに対してフルエンスの異なるAOを照射し、走査型電子顕微鏡で表面形状を観察したところ、2つのPPフィルムの浸食または質量損失は同等であったが、延伸PPに形成された突起は未延伸PPのそれよりも大きく、少なかった。未照射およびAO照射フィルムの陽電子消滅寿命測定結果から、延伸すると非晶質領域のサブナノサイズの自由体積空孔が小さくことなるがわかった一方で、原子間力顕微鏡による測定から、高分子のラメラ間に数十から数百ナノメートルの大きな空隙が形成されることもわかった。この大きな空隙がAOの拡散や浸透を容易にし、より大きな突起の形成につながったと考えられる。

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