笼型倍半硅氧烷(POSS)/聚酰亚胺(PI)杂化材料的制备及空间环境损伤机理研究

低地轨道空间存在的以原子氧为主的多种空间环境是导致航天器外露部件失效的主要因素。有机/无机杂化材料与传统材料相比，在光学、热学、抗氧化和力学性能等方面都具有优异的性能。本项目以新型POSS/PI和碳纳米管增强的POSS/PI杂化材料为研究对象，利用空间环境模拟装置研究原子氧/紫外/热循环对杂化材料的侵蚀效应。通过采用石英晶体微天平和质谱仪对材料的质量变化和挥发性侵蚀产物进行原位测量，研究材料在空间环境中的腐蚀行为，了解材料的化学结构和形态与抗空间环境侵蚀性能之间的关系，探讨空间环境对材料的侵蚀作用机制及惰性层的形成和失效机理，建立空间环境综合效应与防护性能退化模型，从而加深对杂化材料在空间环境下侵蚀微观机制的理解。本项目旨在揭示杂化材料在空间环境中的侵蚀规律，为发展抗空间环境损伤的新材料体系奠定理论基础。研究内容对于满足国家发展长寿命高效航天器的需求具有重要的实际意义。

低地轨道空间存在的以原子氧为主的多种空间环境是导致航天器外露部件失效的主要因素。有机/无机杂化材料与传统材料相比，在光学、热学、抗氧化和力学性能等方面都具有优异的性能。本项目以新型POSS/PI和碳纳米管增强的杂化材料为研究对象，利用空间环境模拟装置，通过采用石英晶体微天平和质谱仪对材料的质量变化和挥发性侵蚀产物进行原位测量，研究了原子氧/ 紫外对杂化材料的侵蚀效应。系统研究了杂化材料的化学结构和形态与抗空间环境侵蚀性能之间的关系；通过采用QCM原位测量由原子氧剥蚀造成的材料质量损失，推断了杂化材料在空间环境中的质量损失模型，建立了空间环境综合效应与防护性能退化模型。实验结果表明杂化涂层能够对Kapton基体提供良好的保护作用，在AO暴露下杂化涂层表面氧化生成一层SiO2惰性膜，阻止了AO对涂层的进一步侵蚀，这两种涂层的AO侵蚀系数分别降低了了1个和2个数量级，具有自修复特性。抗原子氧侵蚀性能较其它方法都得到很大程度上的提高，并且没有改变基体材料的特性，且与基体结合牢固。原位质量检测表明，侵蚀攻角与材料的侵蚀速率之间服从余弦关系。VUV辐照能够影响AO对杂化涂层的侵蚀行为，只有当VUV与AO同时暴露时，VUV辐照才能加速AO对杂化涂层的侵蚀速率。本项目进一步完善后将为航天器材料的抗空间环境损伤的提供一种有效的途径，对于空间站选材提供理论依据。