【48812】我国科大研发用于太空防护的仿生纳米复合膜获得重要发展

  聚酰亚胺薄膜因其优异的力学功能、绝佳的耐热性和杰出的耐化学性，而成为太空探测器“防护服”的绝佳资料。但是，与其他碳氢聚合物相同，聚酰亚胺资料在太空环境中也极易遭到原子氧的进犯，导致其物理和力学功能急剧下降。现在针对这一问题还没有很好的处理手法。此外，宇宙射线辐射和空间碎片碰击等极点环境也对其稳定性提出了严峻的检测。

  图1.聚酰亚胺-纳米云母仿生复合膜制备进程示意图及其微观结构、机械功能和原子氧耐受性

  近来，我国科大俞书宏院士团队研发了一种新式的针对太空防护使用的聚酰亚胺-纳米云母复合膜资料，该资料采纳使用了一起的仿生规划，使其力学功能和空间极点环境耐受性均得到了显着提高。研讨人员受天然珍珠母的“砖-泥”层状结构启示，奇妙地规划构筑了具有双层类珍珠层结构的聚酰亚胺-云母纳米复合膜，使其顶层散布有更细密的云母纳米片，凭借云母的本征特点和最为构筑单元的长处，在完成资料力学功能有用提高的一起，使其顶层对原子氧、紫外辐射和空间碎片等反抗才能也得到了显着提高。该研讨成果以“Double-Layer Nacre-Inspired Polyimide-Mica Nanocomposite Films with Excellent Mechanical Stability for LEO Environmental Conditions”为题宣布在世界期刊Advanced Materials上。我校特任副研讨员潘晓锋和博士生伍鲍为论文的一起榜首作者，高怀岭副研讨员和俞书宏教授为通讯作者。

  研讨人员使用他们前期开发的具有优异才才能学功能和紫外屏蔽功用且可宏量制备的云母纳米片（Nat. Commun.2018, 9, 2974）作为构筑基元，与聚酰亚胺前驱体共拼装得到聚酰亚胺-云母纳米复合膜，使用云母的优胜本征特性来补偿聚酰亚胺的缺乏。差异于以往仿珍珠层纳米复合膜的单层结构规划，在该项研讨中，研讨人员经过改动组分配比，凭借喷涂与热固化联用法构筑了具有双层类珍珠层结构的聚酰亚胺-云母纳米复合膜，使其顶层具有更细密的云母纳米片（图1a-f）。这种规划战略不只完成了资料力学功能的有用提高，并且使其上外表临原子氧、紫外辐射和空间碎片等具有更高的反抗功能。

  研讨标明，这种新式仿生复合膜的拉伸强度、杨氏模量和外表硬度别离为125 MPa、2.2 GPa和0.37 GPa，比纯聚酰亚胺膜别离高出45%、100%和68%（图1g）。因为一起的双层类珍珠母结构和云母纳米片的固有功能优势，所得双层聚酰亚胺-云母复合膜表现出更优胜的原子氧耐受性（腐蚀率≈0.17×10-24cm-3atoms-1），显着优于纯聚酰亚胺薄膜、单层类珍珠母结构的聚酰亚胺-云母复合膜和以往报导的聚酰亚胺基复合资料。此外，其抗紫外线 nm）和高温稳定性（380oC）比较纯PI膜也得到了显着提高。

  这种具有双层类珍珠母结构的聚酰亚胺-云母纳米复合膜有望替代现有的聚酰亚胺基复合膜资料，作为一种有用的新式航天器外层防护资料，然后用于低轨迹环境。该项研讨提出的一起双层仿珍珠母结构规划战略也为规划构筑其他高功能纳米复合资料供给了新思路。

  这项研讨得到了国家自然科学基金立异研讨集体赞助项目、国家自然科学基金重点项目、中科院前沿重点项目、中心高校根本科研业务费专项基金、安徽省高校协同立异项目和中科大同步辐射联合基金的赞助。