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Die University of Science and Technology of China hat eine bionische Nano-Verbundmembran für den Weltraumschutz entwickelt

Zeit:2021-12-13 Treffer:

Aufgrund seiner hervorragenden mechanischen Eigenschaften, ausgezeichnete thermische Stabilität und hervorragende chemische Beständigkeit, Polyimidfolie hat sich zu einem hervorragenden Material für Raumsonden entwickelt "Schutzkleidung". Jedoch, wie andere Kohlenwasserstoffpolymere, Polyimidmaterialien sind anfällig für atomaren Sauerstoffangriff in der Weltraumumgebung, was zu einem starken Rückgang ihrer physikalischen und mechanischen Eigenschaften führt. Derzeit, es gibt keine gute lösung für dieses problem. Außerdem, extreme Umgebungen wie kosmische Strahlung und Einschlag von Weltraummüll haben die Stabilität ebenfalls auf eine harte Probe gestellt.


Yu Shuhong, Professor an der University of Science and Technology of China und Mitglied der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, hat ein neues Polyimid-Nano-Glimmer-Verbundmembranmaterial für Weltraumschutzanwendungen entwickelt. Das Material nimmt ein einzigartiges bionisches Design an, und seine mechanischen Eigenschaften und die Toleranz gegenüber extremen Weltraumumgebungen werden erheblich verbessert. Forscher aus dem natürlichen Perlmutt "- Lehmziegelschichtaufbau, ausgeklügeltes Design mit Doppelklassen-Perlschichtstruktur aus Polyimid - Glimmer-Nano-Verbundfolie, machen seine Top-Verteilung einen dichteren Glimmer-Nanofilm, mit Hilfe der intrinsischen Eigenschaften von Glimmer und den Vorteilen der Baueinheit, bei der Realisierung der materialmechanischen Leistungsfähigkeit gleichzeitig effektiv gesteigert, Die Beständigkeit seiner obersten Schicht gegenüber atomarem Sauerstoff, ultraviolette Strahlung und Weltraummüll wurde ebenfalls deutlich verbessert. Verwandte Forschungsergebnisse zeigten, dass doppelschichtige, von Perlmutt inspirierte Polyimid-Glimmer-Nanokompositfolien mit ausgezeichneter mechanischer Stabilität für LEO-Umgebungsbedingungen, in fortgeschrittenen Materialien.


Komm.,2018, 9, 2974), die hervorragende mechanische Eigenschaften und UV-Schutzfunktion hat und in großen Mengen hergestellt werden kann, wurde zusammen mit einer Polyimid-Vorstufe zusammengesetzt, um eine Polyimid-Glimmer-Nanokomposit-Membran zu erhalten. Die überlegenen intrinsischen Eigenschaften von Glimmer wurden genutzt, um den Mangel an Polyimid auszugleichen. Anders als die vorherige einschichtige Strukturdesign der Nano-Verbundfolie, die Perlenschicht imitiert, in dieser Studie, das Forschungsteam konstruierte durch Spritzen und thermisches Aushärten eine Polyimid-Glimmer-Nanokompositfolie mit doppelschichtiger Perlschichtstruktur, so dass die obere Schicht eine dichtere Glimmer-Nanoschicht hatte (Abbildung A-F). Durch diese Designstrategie werden die mechanischen Eigenschaften des Materials effektiv verbessert und seine Oberfläche widerstandsfähiger gegen atomaren Sauerstoff, ultraviolette Strahlung und Weltraummüll.


Die Ergebnisse zeigen, dass die Zugfestigkeit, Elastizitätsmodul und Oberflächenhärte der neuen bionischen Verbundfolie sind 125 MPa, 2.2 GPa und 0.37 GPa, bzw, welche sind 45%, 100% Und 68% höher als bei reiner Polyimidfolie (Abbildung G). Aufgrund der einzigartigen zweischichtigen Perlmuttstruktur und den inhärenten Vorteilen der Glimmer-Nanoblätter, die zweischichtige Polyimid-Glimmer-Verbundmembran weist eine überragende Beständigkeit gegen atomaren Sauerstoff auf (Erosionsrate ≈0.17×10-24 cm-3 Atome -1). Es ist dem reinen Polyimidfilm offensichtlich überlegen, einschichtiger Polyimid-Glimmer-Verbundfilm mit Perlmuttstruktur und Polyimid-Matrix-Verbundmaterial, über das in der Vergangenheit berichtet wurde. Außerdem, seine UV-Alterungsbeständigkeit (313 nm) und hohe Temperaturstabilität (380 oC) wurden gegenüber reiner PI-Folie deutlich verbessert.


Der Polyimid-Glimmer-Nanokompositfilm mit einer doppelschichtigen Perlmuttstruktur soll den bestehenden Polyimid-Glimmer-Nanokompositfilm als wirksames neues Material für den äußeren Schutz von Raumfahrzeugen in Umgebungen mit niedriger Umlaufbahn ersetzen. Die in dieser Studie vorgeschlagene einzigartige Designstrategie mit Doppelschicht-Perlmuttstruktur bietet auch eine neue Idee für das Design und die Konstruktion anderer Hochleistungs-Nanokomposite.


Die Forschungsarbeit wurde von der National Natural Science Foundation of China unterstützt (NSFC) Forschungsgruppenprojekt Innovation/Schlüsselprojekt, cas Key Research Program of Frontier Science, Die Grundlagenforschungsfonds für die Zentralen Universitäten, Anhui Provincial Collaborative Innovation Project und THE Synchrotron Radiation Joint Fund of USTC.










Schematische Darstellung des Herstellungsprozesses von Polyimid - Nanometer-Glimmer bionischer Verbundfilm und seine Mikrostruktur, mechanische Eigenschaften und atomare Sauerstofftoleranz




Die Diplomarbeitslinks: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202105299




(Quelle: Universität für Wissenschaft und Technologie von China)