[发明专利]一种电子辐照下介质材料表面电荷密度的测试方法

权利要求书

1.一种介质材料表面电荷密度的测试系统，其特征在于：所述系统包括电子枪（1）、三维传动机构（2）、真空屏蔽过壁（3）、高阻计（4）、静电电容探头（5）、真空室（7）、抽真空系统（8）；

其中，在真空室（7）内部，电子枪（1）安装在真空室（7）顶部；在真空室（7）底部设有支撑架，在支撑架上放置介质样品材料（6）；在真空室（7）侧壁安装有真空屏蔽过壁（3），三维传动机构（2）一端与静电电容探头（5）连接，另一端安装在真空屏蔽过壁（3）中，实现静电电容探头（5）在介质样品材料（6）表面的移动；屏蔽信号线（10）一端与静电电容探头（5）连接，另一端通过真空屏蔽过壁（3）与真空室（7）外的高阻计（4）连接。

2.根据权利要求1所述的一种介质材料表面电荷密度的测试系统，其特征在于：所述静电电容探头（5）包括：感应电极（9）、屏蔽信号线（10）、绝缘套（11）、屏蔽外壳（12）；其中，感应电极（9）位于静电电容探头（5）的中心轴线上，感应电极（9）外部依次包覆有绝缘套（11）和屏蔽外壳（12）；屏蔽信号线（10）一端与感应电极（9）连接，另一端穿过真空屏蔽过壁（3）与高阻计（4）连接。

3.根据权利要求2所述的一种介质材料表面电荷密度的测试系统，其特征在于：感应电极（9）材料为紫铜，绝缘套（11）材料为聚四氟乙烯或陶瓷，屏蔽外壳（12）材料为铝。

4.根据权利要求2所述的一种介质材料表面电荷密度的测试系统，其特征在于：感应电极（9）和绝缘套（11）的接触面为环扣式结构。

5.根据权利要求2所述的一种介质材料表面电荷密度的测试系统，其特征在于：感应电极（9）为直径为2mm，长为60mm的圆柱体；绝缘套（11）为下部开口，长度为70mm、内半径为6mm、外半径为10mm的圆筒；屏蔽外壳（12）为下部开口，长度77mm，内径为16mm，外径为20mm的圆筒。

6.根据权利要求2所述的一种介质材料表面电荷密度的测试系统，其特征在于：屏蔽信号线（10）使用RG142U型号的屏蔽线，并将全部屏蔽信号线（10）包覆在一层接地的铝箔中。

7.一种介质材料表面电荷密度的测试方法，其特征在于：所述方法在如权利要求1至6任一项所述的测试系统上进行，所述方法步骤如下：

步骤一、静电电容探头（5）的标度

将金属导体放置在支撑架上，位于静电电容探头（5）正下方3~5mm处；通过-100~-20000V的直流高压电源对导体施加直流电压，施加电压从-100V开始，电压增加步长为100~400V，通过高阻计（4）得到静电电容探头（5）在不同施加电压下的感应电压，并作出静电电容探头（5）感应电压与施加直流电压的关系曲线，利用式Ⅰ获得静电电容探头（5）的灵敏度和施加电压的线性关系；

u2=c2c1+c2u1---I]]>

式中的c₁为静电电容探头（5）与金属导体之间的电容，c₂为静电电容探头（5）及测试线对地的电容，c₁、c₂均为常数；u₁为金属导体表面的电压，即直流高压电源对导体施加的直流电压；u₂为静电电容探头（5）的感应电压；如果u₁、u₂满足线性关系，接步骤二；

步骤二、将介质样品材料（6）放置在支撑架上表面，静电电容探头（5）距介质样品材料（6）表面3~5mm，开启抽真空系统（8）抽真空，使真空室（7）内的真空度≤8.0×10^-4Pa；

步骤三、开启电子枪（1）模拟静止地球轨道电子环境，对介质样品材料（6）进行辐照；利用三维传动机构（2）对介质样品材料（6）表面进行扫描测量，通过高阻计（4）和静电电容探头（5）得到介质样品材料（6）表面的电位分布；

步骤四、结合静电电容原理，利用静电电容探头（5）测量电压与介质样品材料（6）表面电荷之间的关系式Ⅱ，计算出介质样品材料（6）的表面电荷分布；

σ=c1Au2---II]]>

式中c₁为静电电容探头（5）及测试线对地的电容，A为静电电容探头（5）的感应面积，u₂为静电电容探头（5）的测量电压。

8.根据权利要求7所述的一种介质材料表面电荷密度的测试方法，其特征在于：步骤三中，电子枪（1）发射的电子束流密度为0.5nA/cm²，电子能量为14KeV。