《Journal of Fluorine Chemistry》:Post-Irradiation photoluminescence and thermoluminescence of the ethylene-tetrafluoroethylene copolymer
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γ-辐照导致工业ETFE共聚物的热发光曲线出现116K(主峰)、168K和210K三个峰,源于电荷载体复合形成的激发态淬灭。光致发光最大值340nm,强度随辐照剂量增加而降低,归因于结构缺陷和辐射诱导交联阻碍了激子辐射复合。电子结构预测显示主链降解在室温下不利,但γ辐照条件下可能发生。
曼纳布·尤·塔什梅托夫(Mannab Yu. Tashmetov)|诺尔马马特·B·伊斯马托夫(Normamat B. Ismatov)|谢尔马赫马特·M·马赫卡莫夫(Shermakhmat M. Makhkamov)|萨杜拉·R·阿拉亚罗夫(Sadulla.R. Allayarov)|马修·P·康弗(Matthew P. Confer)|大卫·A·迪克森(David A. Dixon)
乌兹别克斯坦共和国科学院乙烯物理研究所,100214,塔什干,乌兹别克斯坦
摘要
研究了γ射线辐照对工业用乙烯-四氟乙烯(ETFE)共聚物辐照后热致发光和光致发光特性的影响。在77至400 K的温度范围内,其放射热致发光(RTL)曲线呈现出三个峰值:最强烈的峰值出现在116 K,另外两个峰值分别出现在168 K和210 K。这些峰值是由于在77 K时γ射线辐照过程中电荷载流子的复合导致电子激发态的形成及随后的淬灭所引起的。光致发光则是由于在300 K时使用氙灯光激发共聚物中形成的激子发生辐射复合而产生的,其最大发光波长为340 nm,并且随着γ射线辐照剂量的增加而减弱。γ射线辐照引起的结构缺陷和大分子交联成为非辐射激子复合的中心,从而降低了共聚物的辐照后发光强度。电子结构动力学预测表明,在室温下,聚合物主链通过失去小分子或不饱和碳链的方式发生降解是不利的,但在γ射线辐照条件下这是可能的。
章节摘录
1. 引言
乙烯-四氟乙烯(ETFE)共聚物具有一系列独特的性质,并有多种应用[[1], [2], [3]]。与其他氟聚合物相比,ETFE具有卓越的耐辐射性[2,3]。ETFE在300–700 nm范围内表现出长波光致发光[4]。在室温下暴露于低强度紫外光下,ETFE样品在320–370 nm范围内表现出持续发光,这一点非常重要
2. 实验方法
材料 本研究使用的是Kirovo-Chepetsk化学工厂生产的Fluoroplast F-40AM级ETFE粉末。本研究中使用的所有聚合物(以及之前的研究[9])都是通过TFE和ET的乳液共聚法制得的。与之前的研究[9]中使用的ETFE粉末相比,当前的Fluoroplast F-40AM聚合物含有约3摩尔%的六氟丙烯作为第三种共聚单体。在Fluoroplast F-40AM共聚物中,TFE和ET单体的比例分别为约54/43摩尔%
3. 结果与讨论
γ射线辐照后ETFE的光致发光 ETFE样品的光致发光带的激发光谱如图1中的曲线a所示。它在三个紫外区域(210–245 nm、245–265 nm和263–315 nm)有发光带,对应的最大值分别为230 nm、254 nm和284 nm。其中最强烈的发光带位于230 nm。小分子模型的计算TD-DFT激发光谱能量与201 nm和278 nm处的峰值在定性上是一致的
4. 结论
实验结果表明,ETFE样品在230 nm处有激发峰,在340 nm处有光致发光峰。随着γ射线辐照剂量的增加,这些发射峰的强度会减弱,尤其是在不超过5 kGy的剂量下,导致激发强度和光致发光强度急剧下降。这种现象与γ射线辐照下聚合物基质中结构缺陷和损伤的形成有关,尤其是由于辐射诱导的交联作用
作者贡献声明
曼纳布·尤·塔什梅托夫(Mannab Yu. Tashmetov):撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、实验研究、数据分析、数据整理。诺尔马马特·B·伊斯马托夫(Normamat B. Ismatov):撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、实验研究、数据分析、数据整理。谢尔马赫马特·M·马赫卡莫夫(Shermakhmat M. Makhkamov):撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、实验研究、数据分析、数据整理。萨杜拉·R·阿拉亚罗夫(Sadulla.R. Allayarov):撰写 – 审稿与
利益冲突声明
作者声明没有财务利益冲突。实验工作在乌兹别克斯坦共和国科学院核物理研究所(100,214,塔什干)进行;计算工作在俄罗斯科学院化学物理与药物化学联邦研究中心(切尔诺戈洛夫卡)以及阿拉巴马大学化学与生物化学系(塔斯卡卢萨)完成。所有作者都对数据贡献了力量
致谢
本研究得到了俄罗斯国家项目FFSG-2024–0007(编号124013000722-8)的资助。在乌兹别克斯坦,这项研究是作为乌兹别克斯坦科学院核物理研究所2020–2024年研究计划的一部分,在“掺杂单晶硅的辐射刺激核转变”项目下,由辐射物理与固态电子技术实验室开展。作者们希望