2023-06-25
距离地球表面200 ~ 1200 km的低地球轨道 (Low Earth Orbit, LEO)，是宇宙飞船、空间站、气象卫星和移动通信卫星等航天器的主要运行区域。低地球轨道环境恶劣且复杂，航天器暴露于各种风险中，这包括原子氧侵蚀、紫外辐射、电离辐射、静电充电/放电、超高真空以及热循环效应。地面和星载实验表明，广泛应用于空间太阳能电池阵列和热控系统的聚合物材料在长期暴露于此环境会导致热、电、机械和光学系统性能下降，这可能会导致飞行任务失败。近日，射线束与能源材料实验室廖斌教授团队在SmartMat杂质发表文章“Integration fabrication of polyimide composite filmsfor aerospace applications”，报道了一种基于离子注入、磁过滤阴极真空弧以及高功率脉冲磁控溅射技术的用于航天领域的聚酰亚胺复合薄膜的整合制造方法。光谱学与反应分子动力学模拟结果表明，界面结构中螯合和交联的协同效应增强了复合薄膜界面相容性和机械稳定性。复合薄膜展示出优异的抗原子氧侵蚀性能，其侵蚀率仅为6.88 × 10-26 cm3 atom-1。复合薄膜在353.4 dpa的Fe+辐照下仍能保持良好的纳米晶结构，其晶格肿胀率仅为0.3%。此外，复合薄膜还显示出足够的静电耗散能力来应对静电充电/放电事件。在增强航天器服役寿命等方面，这种基于多技术集成的复合薄膜整合制造方法具有巨大的应用潜力。
博士生张一凡为论文第一作者，北京师范大学自然科学高等研究院教授廖斌、副研究员陈琳，国家纳米中心研究员朱嘉，南方科技大学物理系博士后郝伟为论文的共同通讯作者。北京师范大学为论文第一完成单位，该研究得到国家自然科学基金的资助支持。
SmartMat是天津大学与Wiley合作出版的一本聚焦智能材料领域前瞻性科研成果的英文学术期刊。期刊自2020年12月创刊以来，已发表48篇国内外知名学者的高水平论文，并于2021年9月入选中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊项目，即时影响因子达20.875。
论文链接：https://doi.org/10.1002/smm2.1225.
图1. ZnO/CuNi‐Polyimide复合薄膜的整合制造流程
图2. Fe+离子辐照后ZnO/CuNi‐Polyimide复合薄膜的结构演化
图3. ZnO/CuNi‐Polyimide复合薄膜的静电充电/放电风险评估与纳米压痕试验
