质子与碳离子辐照后低温退火过程中PADC材料CO2与OH基团产率变化机制研究

本文通过FT-IR光谱技术揭示了聚烯丙基二甘醇碳酸酯（PADC）在质子与碳离子辐照下分子/自由基迁移性对材料降解的关键作用。研究发现低温（16-23 K）能显著抑制功能基团损伤，而退火过程中OH基团与CO2摩尔密度的动态变化证实了自由基重组与气体扩散（LET依赖性）对潜径迹形成的决定性影响，为核径迹探测器材料优化提供新见解。

　　

Highlight

我们通过红外光谱研究揭示了分子与自由基迁移在聚烯丙基二甘醇碳酸酯（PADC）受碳离子和质子辐照降解中的关键作用。

PADC样品

实验采用两种PADC薄膜：15μm厚的化学蚀刻薄膜用于监测OH基团与CO₂摩尔密度变化，1μm厚的真空蒸镀薄膜则用于追踪典型功能基团（如789 cm^-1处的CH基团、1024 cm^-1醚键等）的修饰过程。

结果与讨论

低温辐照（碳离子16K/质子23K）显著抑制了PADC功能基团损伤，而室温（RT）条件下CO₂产率呈线性增长但伴随气体扩散。退火过程中，OH基团生成与CO₂密度变化揭示了自由基迁移对化学反应的关键调控——当损伤范围不超过两个分子单元（如质子辐照）时，CH基团衰减趋势在低温与室温下高度一致。

结论

研究证实PADC中潜径迹的形成强烈依赖于分子/自由基迁移性：低温抑制损伤进程，而退火引发的动态重组过程（特别是OH基团与CO₂生成）为理解高能粒子与聚合物相互作用提供了新视角。碳离子因更高的传能线密度（LET）导致更显著的辐射敏感区（醚键与碳酸酯键）断裂，而质子辐照则呈现分子尺度的选择性损伤特征。