空间软X射线探测用遮光膜的研制及表征

The function of optical blocking filter for soft X-ray space survey is to transmit soft X-ray, block visible light and improve the resolution of soft X-ray detector. The optical blocking filter used in soft X-ray space survey researched in this subject is made up of three layers: polyimide film,aluminum film and nickel mesh. Polyimide film is prepared by the method of spin coating. Aluminum layer with thickness at sub-micrometer magnitude is prepared by magnetron sputtering. And nickel mesh is manufactured by the UV-LIGA method. In order to ensure the filter work well in the space environment, many environment simulation experiments should be carried out: measuring the burst preasure of the filters which is used to characterize the mechanical properties of the optical blocking filters; measuring the transmission behaviors of the filters with the CCD detector system; calculating the total irradiation fluence of the space enviroment, and doing some simulating experiments on the ground. Finally, the structure, mechanical properties and optical properties of the filters will be analysed before and after the irradiation experiment using chemical and physical methods. After the characterizatoin experiments, the optimal polyimide synthesis system will be determined and blocking filters which could used in soft X-ray space survey will be produced.

空间探测用软X射线遮光膜的主要作用是透过软X射线，阻挡可见光，提高软X射线探测器的分辨率。本项目拟研制的空间探测用软X射线遮光膜是由亚微米级铝膜、聚酰亚胺膜以及支撑镍网构成的复合结构。其中聚酰亚胺膜是采用旋涂方法制备得到，采用磁控溅射的方法制备铝膜，利用UV-LIGA技术制备镍网。为了保障软X射线遮光膜在空间环境中的正常运行，拟进行一系列环境模拟实验：用自行设计加工的爆破压测试系统测试软X射线遮光膜的力学性能并反馈于其制作工艺；并用CCD探测系统测试软X射线的透过率；模拟探测器运行期间空间环境的辐照剂量，在地面进行辐照实验，并用化学和物理的方法分析辐照前后材料结构、力学性能以及透光率的变化。根据实验结果，选择不同的聚酰亚胺合成体系，制作满足不同空间探测要求的软X射线遮光膜。

作为空间软X射线（0.1-10 keV）探测系统的主要部件，大部分高分辨率软X射线探测器在探测软X射线的同时，对可见光与紫外光信号也会产生强烈的响应，从而影响探测器的能量分辨率。为了消除红外、紫外和可见光对软X射线探测信号的影响，需要一层遮光膜对波长进行选择性过滤。.本课题结合旋涂技术、磁控溅射技术和微电铸技术，制备了用镍网支撑的双面镀铝的聚酰亚胺遮光膜。该遮光膜成功完成了各项力学、热学以及质子辐照等空间环境模拟试验，这些试验具体包括抗压力差爆破试验、噪声试验、振动试验、质子辐照、原子氧和微粉尘辐照试验、紫外可见光及软X射线的透过率测试、热真空和热循环试验等。.本课题制备出了可以应用于空间软X射线探测的遮光膜，该遮光膜在制备及测试过程中，取得了以下重要结果：在制备聚酰亚胺膜的过程中，研究了旋涂工艺参数及亚胺化温度的优化，在4英寸硅片上成功制备出厚度为400nm，均匀度在3%以内的聚酰亚胺膜；结合磁控溅射及微电铸技术在聚酰亚胺膜表面成功制备出厚度在100微米以上与准直器规格匹配的支撑镍网；利用磁控溅射系统成功制备出厚度为100 nm，均匀性控制在10%以内的铝膜。遮光膜对紫外可见光的透过率小于0.005%，对能量在1keV以上的软X射线透过率大于75%，满足了空间探测的需求；遮光膜在总声压级为145dB的混响室中经历两分钟无破损，可以抵抗卫星升空时的强噪声环境。.本项目的科学意义在于成功研制出可以应于空间软X射线探测的遮光膜，突破了西方空间探测强国对中国的技术封锁，为明年发射的硬X射线调制望远镜提供了合格的软X射线遮光膜产品，并为国内以后的空间X射线探测项目，例如XTP和NEATER等提供技术储备。