阻性板探测器(Resistive Plate Chamber,R PC)发明于19 8 0年,由于造价低、工艺简单、容易大面积制作,具有良好的时间和位置分辨能力,被广泛应用在高能物理实验领域。阻性板体的电阻率过大是制约R PC计数率进一步提高的重要因素,普通玻璃制成的R PC探测器阻性板体电阻率典型值约为1012 Ω·c m,适用于工作在低计数率环境,且效率到达坪区需要较高电压。半导体玻璃体电阻率能达到1011Ω·c m,但受到材料本身性质的影响很难做成大面积RPC。
聚酰亚胺(Polyimides,PI)膜是一种绝缘性能极好的有机高分子聚合物材料,广泛应用在航空航天、微电子工程领域,由于其同时具有耐高温(>400 ℃)的物理属性,在强电场、高温环境中的应用受到广泛关注。但单纯聚酰亚胺的表面电阻率达到1016Ω/m 2,电子在材料里不容易移动,电荷积攒难以扩散从而形成静电,这就需要掺杂一种极高导电性材料改变单纯聚酰亚胺电学性能。石墨烯是一种具有特殊二维结构的良好导电材料,聚酰亚胺-石墨纳米复合材料(PI-Graphene Nanocomposites)的制备受到广泛研究。
应用石墨烯掺杂聚酰亚胺膜作为阻性板材料,使用盒式密封包容工作气体的方式研制了RPC探测器,通过实验验证,可以得到宇宙射线μ子的信号,通过不同程度石墨掺杂能够改变聚酰亚胺膜的体电阻率,膜表面喷涂作为电极的导电碳层,二者结合良好导电性好。通过一号膜在强电场下出现的极化现象,发现低浓度掺杂下膜表面静电缓慢聚集,会导致探测器长期稳定性变差,且石墨高浓度掺杂下会出现石墨团聚的现象,二者表明石墨烯掺杂浓度应选取在0.4w t%~1.5w t%,为后续进一步制备适于探测器长期工作的复合物膜提供掺杂浓度范围的参照。