原子氧防护涂层技术研究

原子氧是低地球轨道主要的残余气体粒子,其化学性质非常活泼,是极强的氧化剂,会对空间材料的性能产生严重的影响。介绍了低地球轨道的原子氧环境及原子氧防护方法;对有机、无机和复合原子氧防护涂层的优缺点、研究进展情况以及空间应用情况进行了详尽的阐述;最后分析了原子氧防护的发展方向。     

原子氧对航天材料表面的作用与防护 I原子氧与航天材料的作用

综述了低地球轨道环境下原子氧与航天材料的相互作用及其机制，介绍了原子氧敏感性材料以及它们在低地球轨道环境下的降解情况。     

聚合物材料表面原子氧防护技术的研究进展

聚合物材料具有质量轻、强度高等优点, 常被用作航天器表面的复合结构基材。原子氧是低地球轨道空间中成分含量最高的粒子之一, 对暴露在航天器表面的聚合物材料易形成大通量、高能量轰击, 造成其表面氧化侵蚀和质量损失, 使聚合物材料的性能发生不同程度的衰退, 也是导致航天器件可靠性降低、工作寿命缩短的主要环境因素。本文对当前国内外通用的几种聚合物材料表面原子氧防护技术进行了整理归纳, 其中表面化学改性方法结合了体材改性和常用防护涂层的优点, 得到的有机/无机复合改性防护层具有较好的综合防护性能。文中分析了近年来由计算模拟法开展原子氧与表面防护材料相关作用机理的研究, 指出采用计算模拟结合试验的研究方法, 有可能从本质上揭示复合改性层与原子氧的作用机理, 从而促进原子氧防护材料与防护技术的研究发展。     

原子氧与紫外综合辐照对Kapton/Al性能的影响

Kapton/Al薄膜二次表面镜是一种广泛应用的热控涂层,用于维持航天器表面正常的工作温度。本文利用激光源原子氧设备对Kapton/Al薄膜二次表面镜进行了原子氧与紫外综合辐照试验,试验前后通过高精度微量天平、扫描电镜、紫外-可见-近红外分光光度计及X射线光电子能谱仪等测试分析手段观察了材料质量损失、表面形貌、光学性能随辐照时间的演化规律,分析了试验前后Kapton/Al薄膜二次表面镜表面成份的变化。结果表明:Kapton/Al薄膜二次表面镜的质量损失随辐照时间的增加呈线性增大,原子氧与紫外综合辐照造成的质量损失明显高于单独原子氧作用产生的质量损失;试验后试样表面呈"地毯"状形貌,且随辐照时间的增加表面粗糙度变大;Kapton/Al薄膜二次表面镜的光谱反射系数随综合辐照时间的增加而降低,致使太阳吸收比的变化不断增大;试验后试样表面成份变化明显,说明原子氧和紫外环境与Kapton/Al薄膜二次表面镜表面发生了复杂的物理化学作用。     

原子氧对金属银和有机防护涂层的侵蚀

用光电子能谱（XPS）和扫描电镜（SEM）观测了在模拟原子氧（AO）环境中Ag及在其表面涂覆的有机防护层的表面，研究了表面的形貌和质量损失。结果表明，AO对Ag有较严重的侵蚀作用，使原来光亮的表面失去光泽，变得粗糙，采用环氧树脂，聚胺酯或醇酸树脂作为防护涂层，AO辐照后其表面形貌也发生了较大变化，表明腐蚀严重，采用有机硅作为涂层，被AO侵蚀后其表面形貌的变化甚小，质量损失较小，表明这种涂层具有较明显的防护效果。经AO辐照后有机硅涂层表面生成致密的氧化硅膜层，对抑制AO的进一步侵蚀具有关键作用。     

原子氧对航天材料表面的作用与防护 Ⅱ.原子氧敏感材料的防护

综述了原子氧敏感的各种航天材料的防护途径与机理,对空间材料表面改性、空间薄膜以及涂层技术的应用及防护情况进行了讨论。     

原子氧防护涂层为"天和"太阳翼披上铠甲

原子氧(Atomic Oxygen)是由太阳紫外光(波长<243 nm)离解低地球轨道环境中的残余氧分子而形成的.低轨道原子氧的密度在109～105 cm-3左右,航天器高速飞行(7.8 km/s)增大了原子氧对航天器表面材料的撞击能量(～5 eV)和通量.轨道越低,航天器表面经受的原子氧通量越大.原子氧是极强的氧化剂...     

低地球轨道中的原子氧,效应及地面模拟

原子氧是低地球轨道飞行器表面材料退化的首要因素,已越来越被人们所重视。国外已进行过多次飞行实测,并建立了许多地面模拟设备,进行地面试验。文章叙述了低地球轨道大气中的原子氧,及其与飞行器表面的作用;综述了原子氧对表面材料的破坏作用及其作用系数,以及对飞行器的影响。分类例举了国外的地面模拟设备,评论了它们各自的优缺点;最后以表格形式罗列了国外部分模拟设备的所属单位、技术途径和主要性能等。     

耐原子氧聚酰亚胺材料的研究进展

自21世纪以来,航空航天方面的快速发展为人类日常通信、观察天文气相、探索宇宙等提供了重要的技术支持手段.其中,聚酰亚胺(PI)凭借其优异的耐高低温性能、力学性能、耐辐射性、电性能、耐溶剂性等成为不可或缺的航天器材料之一,且被广泛用作航天器的太阳电池阵列的柔性基板、多层热绝缘毯和电路系统的绝缘保护层.然而,航天器长期工作于低地球轨道,这一特殊环境中的原子氧(AO)具有高通量和强氧化性,它会快速侵蚀航天器表面的主要热控材料PI,使其光学、电学、力学等重要性能退化,从而导致航天器工作效率下降、使用寿命缩短、系统目标设计失败,严重阻碍航天事业的发展.多年来,针对上述问题,研究人员提出了多种解决办法并已取得较大进展.其中,在材料表面施加防护涂层已发展成为既能保护基材不受原子氧剥蚀、又能保持基底材料原有性能的方法,其适用于多种表面制作,工艺简单,应用广泛;而在耐原子氧聚酰亚胺新型材料方面,科研人员也克服困难,开发出性能更为优异、使用寿命更长的新材料.另外,由于特殊试验条件的限制,促使耐原子氧地面模拟实验发展迅猛,目前已提出多种模拟理论,并制造模拟器以辅助研究.本文对比了目前已商业化应用的聚酰亚胺材料的耐原子氧性能,介绍了耐原子氧的地面模拟试验方法的原理和分类,总结了耐原子氧聚酰亚胺材料的类别,包括防护涂层法和新型方法制备的耐原子氧聚酰亚胺材料,并对各种不同类型防护方法的优缺点进行了合理评判,指出耐原子氧聚酰亚胺材料的未来发展方向及应用前景.     

反应磁控溅射制备的SiO2防护涂层抗原子氧侵蚀性能研究

在原子氧侵蚀地面模拟设备中对Kapton和利用反应磁控溅射制备的SiO2涂层进行了原子氧暴露实验，并采用XPS和SEM等分析手段对暴露前后试样表面的物理和化学变化进行了研究．结果表明，Kapton试样遭受了严重的侵蚀，质量损失较大；SiO2涂层质量变化很小，对基体提供了良好的保护作用．XPS分析结果表明，反应溅射的SiO2涂层是富Si的，初始暴露时由于氧化反应而质量有少许增加，随时间延长，涂层变得完全符合化学计量．SiO2涂层在原子氧暴露后涂层的太阳吸收率、辐射率和反射系数均没有发生明显的变化．SiO2涂层较脆，易产生裂纹，原子氧会通过缺陷位侵蚀下面的基体材料，严重影响飞行任务的正常进行。     

废陶瓷回用抗原子氧和紫外线磁性复合材料的研究

本文研究了废陶瓷回用抗原子氧和紫外线磁性复合材料。研究结果表明,原子氧和紫外辐射都会影响有机聚合物的性能。但是废旧陶瓷和铁氧体在化学上非常稳定,既不与原子氧发生反应,也能阻挡其与有机织物的接触,所以保证了基体的强度。     

Effects of Vacuum Ultraviolet Radiation on Atomic Oxygen Erosion of Polysiloxane/SiO2 Hybrid Coatings

Polysiloxane/SiO2 hybrid coatings have been prepared on Kapton films by a sol-gel process.The erosion resistance of polysiloxane/SiO2(20 wt pct) coating was evaluated by exposure tests of vacuum ultraviolet radiation(VUV) and atomic oxygen beam(AO) in a ground-based simulation facility.The experimental results indicate that this coating exhibits better AO resistance than pure polysiloxane coating.The erosion yield(Ey) of the polysiloxane/SiO2(20 wt pct) hybrid coating is about 10-27 cm3/atom,being one or tw...     

A Simulator for Producing of High Flux Atomic Oxygen Beam by Using ECR Plasma Source

In order to study the atomic oxygen corrosion of spacecraft materials in low earth orbit environment, an atomic oxygen simulator was established. In the simulator, a 2.45 GHz microwave source with maximum power of 600 W was launched into the circular cavity to generate ECR (electron cyclotron resonance) plasma. The oxygen ion beam moved onto a negatively biased Mo plate under the condition of symmetry magnetic mirror field confine, then was neutralized and reflected to form oxygen atom beam. The properties of plasma density, electron temperature, plasma space potential and ion incident energy were characterized. The atomic oxygen beam flux was calibrated by measuring the mass loss rate of Kapton during the atomic oxygen exposure. The test results show that the atomic oxygen beam with flux of 1016-1017 atoms-cm-2·s-1 and energy of 5-30 eV and a cross section of φ80 mm could be obtained under the operating pressure of 10-1-10-3 Pa. Such a high flux source can provide accelerated simulation tests of mater     

O型圈的原子氧剥蚀效应实验研究

通过对O型圈的原子氧暴露实验研究 ,发现经过原子氧作用后 ,O型圈的表面粗糙度和质量损失率均随原子氧等效累积通量的增大而增大     

Investigation of Surface Reaction and Degradation Mechanism of Kapton during Atomic Oxygen Exposure

The erosion behavior of Kapton when exposed to atomic oxygen (AO) environment in the ground-based simulation facility was studied. The chemical and physical changes of sample surfaces after exposed to AO fluxes were investigated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). The results indicated that Kapton underwent dramatically degradation, including much mass loss and change of surface morphologies; vacuum outgassing effect of Kapton was the key factor for initial mass loss in the course of atomic oxygen beam exposures. XPS analysis showed that the carbonyl group in Kapton reacted with oxygen atoms to generate CO2, then CO2 desorbed from Kapton surface. In addition, PMDA in the polyimide structure degraded due to the reaction with atomic oxygen of 5 eV.     

Trifunctional Single‐Atomic Ru Sites Enable Efficient Overall Water Splitting and Oxygen Reduction in Acidic Media

Development of cost‐effective, active trifunctional catalysts for acidic oxygen reduction (ORR) as well as hydrogen and oxygen evolution reactions (HER and OER, respectively) is highly desirable, albeit challenging. Herein, single‐atomic Ru sites anchored onto Ti₃C₂T_x MXene nanosheets are first reported to serve as trifunctional electrocatalysts for simultaneously catalyzing acidic HER, OER, and ORR. A half‐wave potential of 0.80 V for ORR and small overpotentials of 290 and 70 mV for OER and HER, respectively, at 10 mA cm^?2 are achieved. Hence, a low cell voltage of 1.56 V is required for the acidic overall water splitting. The maximum power density of an H₂–O₂ fuel cell using the as‐prepared catalyst can reach as high as 941 mW cm^?2. Theoretical calculations reveal that isolated Ru–O₂ sites can effectively optimize the adsorption of reactants/intermediates and lower the energy barriers for the potential‐determining steps, thereby accelerating the HER, ORR, and OER kinetics.