中國(guó)科技大學(xué)研制的太空防護(hù)仿生納米復(fù)合膜取得重大進(jìn)展

來(lái)源:快科技

據(jù)中國(guó)科技大學(xué)官方消息,該校研制的用于太空防護(hù)的仿生納米復(fù)合膜取得重要進(jìn)展。

據(jù)介紹,聚酰亞胺薄膜擁有優(yōu)異的力學(xué)能、絕佳的熱穩(wěn)定、突出的耐化學(xué),是太空探測(cè)器“防護(hù)服”的絕佳材料。

但是,與其他碳?xì)渚酆衔镆粯?,聚酰亞胺材料在太空環(huán)境中極易受到原子氧的攻擊,導(dǎo)致其物理和力學(xué)能急劇下降,而宇宙射線輻射、空間碎片撞擊等極端環(huán)境,也對(duì)其穩(wěn)定提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn),

對(duì)于這些問(wèn)題,目前還沒(méi)有很好的解決方案。

中國(guó)科大俞書宏院士團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種新型的針對(duì)太空防護(hù)應(yīng)用的聚酰亞胺-納米云母復(fù)合膜材料,采用獨(dú)特的仿生設(shè)計(jì),使其力學(xué)能、空間極端環(huán)境耐受均得到了顯著提升。

研究人員受天然珍珠母的“磚-泥”層狀結(jié)構(gòu)啟發(fā),巧妙地設(shè)計(jì)構(gòu)筑了具有雙層類珍珠層結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺-云母納米復(fù)合膜,使其頂層分布有更致密的云母納米片。

借助云母的本征屬和最為構(gòu)筑單元的優(yōu)點(diǎn),在實(shí)現(xiàn)材料力學(xué)能有效提升的同時(shí),使其頂層對(duì)原子氧、紫外輻射和空間碎片等抵抗能力也得到了明顯提升。

研究人員利用前期開(kāi)發(fā)的具有優(yōu)異力學(xué)能和紫外屏蔽功能,而且可宏量制備的云母納米片(Nat. Commun. 2018, 9, 2974)作為構(gòu)筑基元,與聚酰亞胺前驅(qū)體共組裝,得到聚酰亞胺-云母納米復(fù)合膜,利用云母的優(yōu)越本征特來(lái)彌補(bǔ)聚酰亞胺的不足。

區(qū)別于以往仿珍珠層納米復(fù)合膜的單層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在該項(xiàng)研究中,研究人員通過(guò)改變組分配比,借助噴涂與熱固化聯(lián)用法構(gòu)筑了具有雙層類珍珠層結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺-云母納米復(fù)合膜,使其頂層具有更致密的云母納米片(如下圖1a-f)。

聚酰亞胺-納米云母仿生復(fù)合膜制備過(guò)程示意圖及其微觀結(jié)構(gòu)、機(jī)械能和原子氧耐受

這種設(shè)計(jì)策略不僅實(shí)現(xiàn)了材料力學(xué)能的有效提升,而且使其上表面對(duì)原子氧、紫外輻射和空間碎片等具有更高的抵抗能。

研究表明,這種新型仿生復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度、楊氏模量和表面硬度分別為125 MPa、2.2 GPa、0.37 GPa,比純聚酰亞胺膜分別高出45%、100%、68%。

由于獨(dú)特的雙層類珍珠母結(jié)構(gòu)以及云母納米片的固有能優(yōu)勢(shì),所得雙層聚酰亞胺-云母復(fù)合膜表現(xiàn)出更優(yōu)越的原子氧耐受(侵蝕率≈0.17×10-24 cm atoms),明顯優(yōu)于純聚酰亞胺薄膜、單層類珍珠母結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺-云母復(fù)合膜和以往報(bào)道的聚酰亞胺基復(fù)合材料。

此外,其抗紫外線老化(313 nm)和高溫穩(wěn)定(380oC)相比純PI膜也得到了明顯提升。

這種具有雙層類珍珠母結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺-云母納米復(fù)合膜有望取代現(xiàn)有的聚酰亞胺基復(fù)合膜材料,作為一種有效的新型航天器外層防護(hù)材料,從而用于低軌道環(huán)境。

標(biāo)簽: 中國(guó)科技大學(xué) 太空防護(hù) 納米復(fù)合膜 太空探測(cè)器

推薦

財(cái)富更多》

動(dòng)態(tài)更多》

熱點(diǎn)