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国之重材（一）——宇航材料
客座编审
中国空间技术研究院
高
鸿研究员
北京卫星制造厂有限公司
白晶莹
研究员
重庆大学
张育新教授
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火星原位资源可用途径分析
冯磊, 舒文祥, 文陈, 崔庆新, 白晶莹, 李心歆
材料导报
2022,36(22 ):22040408 -7. DOI:10.11896/cldb.22040408
摘要
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目前,人类已实现火星的环绕、着陆和巡视探测,对火星内部结构有了新认识,在火星天气、气候和环境研究等方面取得了新进展。基于对火星资源的最新探测,对火星宜居性和建立火星基地可行性进行分析。结合未来我国无人、载人火星探测任务需求,从五个方面对火星资源主要用途进行分析:(1)制水、制氧、种植等生保物资制备;(2)推进剂制备;(3)风力发电和太阳能发电等能源制备;(4)砖式和3D打印等基础设施建造;(5)金属、化工材料及其制品原位制造。结合火星资源特点和未来火星探测任务实际需求,围绕火星原位资源可利用途径开展系统分析,可为火星各单项资源及资源综合利用技术的研究提供参考。
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模拟月/火星壤的原位成型技术研究进展
刘琛, 李勇, 周文, 吴宜勇, 王岩, 吴跃民, 王芳, 琚丹丹, 闫继宏
材料导报
2022,36(22 ):22050122 -7. DOI:10.11896/cldb.22050122
摘要
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月/火矿物资源原位成型是太空原位制造技术的重要组成部分,也是建立外星基地等中长期任务的关键技术。月/火星壤成型方法主要分三大类:烧结成型、粘结成型和3D打印成型。从工艺上来讲,要尽可能采用太空中容易获取的资源作为成型所需能量和添加剂,以降低制造成本。从结构上来讲,大型结构件的快速成型和精细复杂结构成型是两个重要的研究趋势,用于满足外星活动的多场景需求。从性能上来讲,重点关注成型材料的力学性能和热物理性能,以满足承载和保温的需求。本文综述了国内外月/火星壤的主要成型技术,从原料获取、工艺流程、微观结构和性能等方面进行了系统的介绍,并归纳总结了各种成型方法的优缺点和发展趋势,旨在为外星资源原位利用这一重要研究课题的发展提供参考。
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空间太阳能电站关键材料技术需求展望
高鸿, 樊彦艳, 王立, 刘自立, 何端鹏, 于利夫, 文明
材料导报
2022,36(22 ):22060164 -6. DOI:10.11896/cldb.22060164
摘要
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空间太阳能电站(Space solar power station,SSPS)作为可再生空间能源系统,需要基于大型展开结构与控制技术、高效太阳能转化技术、超大功率电力传输与管理技术、远距离无线能量传输技术、在轨组装与维护技术等多种关键技术协同应用进行构建。材料技术作为上述各类关键技术中最基础的技术支撑,也将面临更大的挑战。本文通过分析空间太阳能电站建设难点,阐释了大尺寸桁架、柔性太阳能电池、超大功率导电旋转关节、在轨原位制造等关键技术对轻量化、柔性化、智能化新材料的发展需求。
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空间太阳电池柔性封装材料与技术研究进展
赵会阳, 王豪, 赵亮亮, 张炜楠, 王岩, 吴跃民, 于辉, 孙承月, 琚丹丹, 吴宜勇
材料导报
2022,36(22 ):22030104 -11. DOI:10.11896/cldb.22030104
摘要
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基于深空探测、空间电站以及商业航天、微纳卫星、长航时临近空间飞行等任务需求,高效率、轻量化、柔性化、高可靠性是未来空间太阳电池阵发展的主题。太阳电池阵由传统的刚性电池阵、半刚性电池阵向柔性电池阵发展。航天器在轨服役过程中需遭受带电粒子辐射、紫外辐射、原子氧等空间环境,因此需在电池表面封装防护层以减缓电池性能退化。作为太阳电池辐射屏蔽层,盖片的辐射防护性能、光学性能、力学性能是保证电池长期在轨高效稳定运行的核心要素。本文总结了近年来聚硅氧烷、透明聚酰亚胺、赝形玻璃盖片等太阳电池柔性封装材料研究进展,归纳了相关的空间环境模拟试验与在轨暴露试验结果,最后针对太阳电池柔性封装材料与技术的发展及应用进行了探讨展望。
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空间探测烧蚀防热材料应用及发展
梁馨, 宋朝晖, 方洲, 邓火英, 毛科铸, 吴东日
材料导报
2022,36(22 ):22040315 -8. DOI:10.11896/cldb.22040315
摘要
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553
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烧蚀防热材料因其高可靠性及宽适用性而被绝大多数空间探测器所采用。不同的空间探测目标、探测器进入/再入弹道、探测器外形和防热结构质量限制等因素使得烧蚀防热材料种类繁多,但轻量高效是其发展的重要特征;除此以外,可靠性也至关重要,在不同的热环境下,不同材料会表现出不同的烧蚀行为和特征,使得烧蚀防热材料成为空间探测活动成败的关键。本文综述了国内外探测器烧蚀防热材料的种类及应用情况,美国主要包括高密度酚醛/玻璃钢、蜂窝增强型防热材料、树脂浸渍型防热材料以及碳酚醛材料等,国内主要包括酚醛/尼龙、蜂窝增强型防热材料和NF材料,介绍了这些材料所应用的探测器、气动加热环境、防热材料性能和防热结构成型技术,总结了美国空间探测防热材料研制中出现的两次烧蚀异常及导致的探测器选材变化,可见防热材料与热环境耦合关系复杂。国内外针对防热材料抵御异常损伤开展了部分工作。已有试验结果表明,蜂窝增强型防热材料具有一定的优势。最后对空间探测防热材料的应用与发展进行了展望。
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空间微生物防护材料研究进展
靳宇, 曲溪, 文陈, 舒文祥, 赵阔, 徐俊杰, 白晶莹, 崔庆新, 张立功
材料导报
2022,36(22 ):22050282 -9. DOI:10.11896/cldb.22050282
摘要
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载人空间站为航天员长期驻留创造了良好环境,同样也为微生物的滋生提供了有利条件。致病微生物会导致航天员生病,真菌和霉菌会腐蚀和降解空间站的各种材料,导致空间站设备故障,出现平台失效和密封性下降等风险。本文对空间站微生物腐蚀现状进行分析,并介绍了目前空间站常用材料的微生物防护现状。从金属粒子、纳米半导体金属氧化物、有机聚合物、疏水涂层以及复合抗菌材料五个方向详细阐述了国内外有关空间微生物防护材料的研究进展。同时结合空间航天器运行特点,对未来空间微生物防护材料的研究方向进行分析及展望。
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航天材料飞行试验进展及发展方向
沈自才, 高鸿, 樊艳艳, 闫继娜, 于云, 刘学超, 王胭脂, 代巍
材料导报
2022,36(22 ):22050022 -8. DOI:10.11896/cldb.22050022
摘要
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航天材料飞行试验与地面模拟试验和数值模拟试验互为补充,且飞行试验是获得航天材料在轨性能数据的最直接的方法。本文首先从被动暴露和主动暴露两个维度对航天材料飞行试验技术进行了介绍,并对国内外的航天材料飞行试验现状进行了梳理和分析,进而对航天材料飞行试验的发展方向如飞行试验材料的多样化和批量化、飞行试验和空间环境的监测同步开展、航天材料的宏观性能和微观性能的同时监测等进行了探讨,最后从系统规划、兼顾被动暴露和主动暴露、兼顾空间环境和效应监测、飞行试验装置的多功能和集成化等角度给出了开展航天材料飞行试验的建议。
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航天器用材料应用验证技术体系
高鸿, 邢焰, 孙明, 余斌, 李岩, 刘泊天, 吴冰, 于利夫, 樊彦艳
材料导报
2022,36(22 ):22050332 -5. DOI:10.11896/cldb.22050332
摘要
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535
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本文基于钱学森的“综合集成方法论”,结合我国航天器材料的研制及应用特点,阐述了应用验证技术体系基本原理,并总结工程实践经验,提出建设要点。该体系通过材料特性表征及应用情况的宏观与微观研究,利用试验验证、专家决策支持、计算仿真、归纳演绎、信息处理等方法,形成了多指标评价、多角度分析、综合评判的材料工程应用质量控制系统,发挥了人机结合、定性与定量结合、理论与实践结合以及多学科融合的系统工程优势,为我国航天装备自主发展奠定基础。
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航天器热控材料及应用研究进展
向艳超, 高鸿, 文明, 赵啟伟
材料导报
2022,36(22 ):22050193 -6. DOI:10.11896/cldb.22050193
摘要
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热控材料是实现航天器热控功能的重要介质,是航天器热控技术发展的基础。航天器热控系统中大量使用多层隔热材料、导热材料、热控涂层、界面材料等均是利用材料自身热物理特性实现航天器温度场的控制。本文从航天器热控材料工程应用角度,综述了航天器热控系统常用的隔热材料、高导热材料、涂层材料及界面材料等四类热控材料的研究与空间应用进展,分析了未来空间科学探测、低温推进剂在轨贮存等空间应用场景在深低温及高温环境下对热控技术的发展需求,提出了对深低温和高温环境下高效隔热材料、特种涂层材料等航天器热控材料的发展建议。
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离子推力器栅极材料的发展现状
魏贺冉, 闫联生, 孙建涛
材料导报
2022,36(22 ):22050099 -6. DOI:10.11896/cldb.22050099
摘要
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离子推力器是一种应用广泛的电推力器。栅极在离子推力器中用于将离子引出并加速产生推力,是决定离子推力器的性能以及可靠性的关键组件。近年来,用于制备栅极的材料由钼等金属材料过渡到碳基材料,尤其是C/C复合材料具有更优的热稳定性与耐离子溅射性能,是大承载、长寿命、高稳定性离子推力器理想的栅极候选材料。一些国家已开展C/C复合材料栅极研制并实现星际飞行,而我国栅极材料仍采用金属钼,C/C复合材料栅极工程应用仍处于空白。本文主要总结栅极材料的发展现状,分析各种栅极材料的优缺点,并探讨各国C/C复合材料栅极的制造技术。
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3D打印天线罩技术研究进展
李俊生, 李端, 李学超, 高世涛, 王衍飞, 万帆, 刘荣军
材料导报
2022,36(22 ):22050328 -10. DOI:10.11896/cldb.22050328
摘要
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919
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天线罩是位于飞行器头部集防热、透波、承载等多功能于一体的结构/功能部件,高性能天线罩的设计与制备成为新型飞行器研制的瓶颈之一。3D打印技术是近年来发展的增材制造新技术,能够实现复杂结构的一体化成型,克服传统成型工艺的各种局限性,在天线罩领域具有广阔的应用前景。本文概括了常用3D打印技术的特点,分别从3D打印天线罩模具制备、3D打印天线罩结构设计、3D打印天线罩材料成型、3D打印设备优化四个方面,综述了3D打印技术在天线罩领域的研究现状,并对其未来发展趋势进行了展望。
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航天用氮化镓材料的研究进展
季启政, 王一凡, 胡小锋, 李兴冀, 杨剑群, 刘尚合
材料导报
2022,36(22 ):22050023 -6. DOI:10.11896/cldb.22050023
摘要
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968
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607
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氮化镓(GaN)材料由于具有优良的电学特性而受到了广泛的关注,有望在航天工程中获得重要应用。本文首先对GaN材料的特性进行了简要阐述,进而对基于GaN的高电子迁移率晶体管(AlGaN/GaN HEMTs)、空间太阳能电池、紫外探测器等的研究和应用现状进行了梳理及分析,最后从新型GaN器件的开发、空间环境适应性评价、GaN器件的加固等角度给出了航天器用GaN材料及器件的发展方向和建议。
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镁基材料中Mg
2
Si相调控技术的研究进展
康靓, 王堃, 敬学锐, 王煜烨, 王世伟, 孙鑫, 肖旅, 周海涛
材料导报
2022,36(22 ):22030308 -7. DOI:10.11896/cldb.22030308
摘要
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572
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Mg
2
Si相增强镁基材料具备低密度、高强度、高热稳定性、高耐磨性等优点,在航空航天、轨道交通等领域具备极大应用前景。研究表明,常规制备条件下Mg
2
Si相组织粗大,有尖锐棱角,在受力过程中容易成为裂纹源而降低镁基材料的强韧性,因此需调控Mg
2
Si相尺寸及分布。近年来,多种Mg
2
Si相调控技术不断应用于镁基材料体系。在传统铸造方面主要通过变质处理或熔体处理调控Mg
2
Si相形貌及尺寸,调控后初生Mg
2
Si相由粗大枝晶状、鱼骨状转变为多面体状或颗粒状,共晶Mg
2
Si相则由汉字状转变为细纤维状或短棒状,相尺寸也从数百微米被细化到数十微米。调控后的Mg
2
Si相分布更加均匀,材料的强韧性也得到改善。此外,还可通过大塑性变形、快速凝固、粉末冶金等先进技术调控得到纳米级均匀弥散分布的Mg
2
Si相增强镁基材料,材料性能也得到进一步提升。本文综述了Mg
2
Si相形貌及分布、常规铸造过程的变质处理和熔体处理以及新兴的先进调控技术对Mg
2
Si相增强镁基材料组织与性能影响的研究现状,还分析了不同调控技术的优势与不足,并对Mg
2
Si相增强镁基材料未来的发展进行了展望。
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空间高吸收率消杂光涂层材料的研究与应用进展
平托, 张益帆, 宣吴静, 张育新
材料导报
2022,36(22 ):22040298 -12. DOI:10.11896/cldb.22040298
摘要
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786
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空间消杂光涂层能够在空间环境下高效吸收并削弱光学探测器光路内非成像敏感光线,从而起到消杂散光的作用。因此,空间消杂光涂层对空间光学遥感器的设计具有重要作用。本文对国内外已形成产品应用的典型空间消杂散光涂层材料及其常用制备方法进行了综述,并指出消杂光材料未来的空间应用发展方向,为更加深入研究空间高吸收率消杂光涂层材料提供参考。
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溶胶-凝胶法制备聚酰胺-酰亚胺粘结MoS
2
/SiO
x
固体润滑涂层及其真空摩擦学性能研究
霍丽霞, 苟世宁, 郭芳君, 贺颖, 冯凯, 周晖, 张凯锋
材料导报
2022,36(22 ):22050078 -5. DOI:10.11896/cldb.22050078
摘要
（
544
）
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为了提升粘结MoS
2
固体润滑涂层对空间活动零部件的润滑效果,本工作采用溶胶-凝胶法制备了聚酰亚-酰亚胺粘结MoS
2
/SiO
x
固体润滑涂层,通过正硅酸乙酯与γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷,在N,N-二甲基乙酰胺中通过共水解反应制备了有机硅溶胶。硅溶胶进一步与聚酰胺-酰亚胺树脂、MoS
2
混合,获得润滑涂料,并喷涂于G95Cr18基体表面,经固化获得聚酰亚-酰亚胺粘结MoS
2
/SiO
x
固体润滑涂层。采用傅里叶红外光谱分析了粘结剂结构,利用热失重分析仪和差示扫描量热仪表征了涂层的热性能。通过真空球盘摩擦试验机研究了涂层的真空摩擦学性能,并采用扫描电镜对磨痕进行了表征。结果表明:SiO
x
表面的环氧基团能够与聚酰胺-酰亚胺在固化过程中产生化学键合作用,增加了两相的相容性,SiO
x
在涂层中的分布均匀;随着SiO
x
含量的增加,润滑涂层的热稳定性和聚酰胺-酰亚胺的
T
g
提高;SiO
x
在涂层中分散均匀,含量达到2.0%(质量分数)以上时,能够有效降低涂层的磨损,在涂层中与固体润滑剂MoS
2
产生协同润滑效果,通过产生滚动作用来提升润滑涂层的强度,从而起到降低涂层真空摩擦系数与磨损率的作用。
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反应熔渗工艺制备碳纤维增强陶瓷基复合材料研究进展
冯士杰, 宋环君, 陈昊然, 孙娅楠, 杨小健, 张宝鹏, 杨良伟, 刘伟
材料导报
2022,36(22 ):22050068 -6. DOI:10.11896/cldb.22050068
摘要
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1069
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反应熔渗(RMI)工艺制备碳纤维增强陶瓷基复合材料具有周期短、成本低、致密度高等优势,因此获得了广泛关注。本文主要对影响RMI工艺制备碳纤维增强陶瓷基复合材料的三方面因素(多孔低密度C/C基材结构、基体改性成分及制备工艺)的研究进展进行了综述。研究显示:通过对多孔低密度C/C基材中碳基体类型、碳纤维预制体结构、基材密度及孔隙结构进行优化设计,可显著提升复合材料的力学及抗氧化烧蚀性能;通过基体改性技术在C/C复合材料中引入功能性组元,可显著提高复合材料的抗氧化烧蚀、耐磨擦等性能;通过熔渗工艺优化,如调整熔渗温度、时间,选择合适的熔渗物类型等,可制备出综合性能良好的复合材料。最后,指出了目前RMI工艺制备碳纤维增强陶瓷基复合材料中存在的主要问题和潜在研究方向。
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金属橡胶阻尼软夹芯结构材料研究进展
薛新, 吴芳, 郑超, 魏雨函, 陈小超, 白鸿柏
材料导报
2022,36(22 ):22040029 -11. DOI:10.11896/cldb.22040029
摘要
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646
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金属橡胶阻尼软夹芯结构材料采用等材复合制造工艺,具有基材成熟、阻尼高、刚柔并济和制造成本低等技术特点,由于其独特的金属丝编织空间网络勾连微结构,可获得优异的干摩擦阻尼耗能和热防护等优异性能,在国防和高端装备部件复杂使役工况下具有重要的应用前景。然而,金属橡胶材料及夹芯构件制备工艺和力学性能的一致性差、微结构与性能之间的映射关系不明确等关键问题阻碍了其性能优化调控和产业化应用。本文全面报道了金属橡胶材料及夹芯构件的研究进展,介绍了典型金属丝网微结构及机织工艺、宏细观本构理论预测模型、数值建模与全场测量技术、航空及相关领域工程应用案例分析等,剖析了金属橡胶阻尼软夹芯结构材料研制和热振服役过程中存在问题,并对其衍生结构材料研究和潜在应用进行了展望。
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航空航天用气凝胶材料的研究进展
邢悦, 井致远, 陈永雄, 任素娥, 梁秀兵
材料导报
2022,36(22 ):22010024 -15. DOI:10.11896/cldb.22010024
摘要
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近年来,中国、美国和其他各国航空航天事业快速发展。我国“神州十三号”、美国Space-X“龙飞船”和Blue Origin“新谢泼德号”载人飞船的成功发射,标志着人类探索太空的进程又跨出了一大步。航空航天领域载人飞船的成功离不开高科技材料产业的快速发展,“一代材料,一代技术,一代装备”,对材料的认识、研制、开发和应用是人类社会进步最基础、最原始、最本质的驱动力,它对整个国防事业的发展起着推动作用。气凝胶作为一类轻质多孔材料,因其高效的隔热特性在航空航天领域受到越来越多的关注。本文旨在总结SiO
2
、Al
2
O
3
、ZrO
2
等氧化物气凝胶和炭气凝胶、碳化物气凝胶、硼化物气凝胶等非氧化物气凝胶材料近年来在航空航天领域的研究进展,从分子结构设计、制备方法、热力学性能等方面进行了详细的讨论,以期为相关的科学研究提供参考和借鉴。
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柔性气凝胶材料的制备及应用研究进展
师建军, 王伟, 朱伟, 梁科, 孔磊, 杨云华, 朱世鹏, 张莹, 李宇
材料导报
2022,36(22 ):22040393 -9. DOI:10.11896/cldb.22040393
摘要
（
1170
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气凝胶是一种纳米级多孔固体材料,具有高比表面积、极高的孔隙率、极低的密度、极低的热导率等优点,但也存在脆性高、柔韧性差的问题。近年来,具有良好压缩回弹特性和抗弯折性能的柔性气凝胶克服了传统气凝胶柔韧性差的缺点,受到研究人员的广泛关注。本文首先概括了柔性气凝胶的种类,根据气凝胶材料组成成分的不同,将其分为氧化硅柔性气凝胶、碳基柔性气凝胶、生物质柔性气凝胶和纤维质柔性气凝胶;然后,系统总结了柔性气凝胶常用的制备方法,如溶胶-凝胶、老化、干燥等工艺,对比分析了不同制备工艺生产的气凝胶在性能上的差异;此外,介绍了柔性气凝胶在环保、光学、生物医学、柔性电子传感器以及航空航天等领域的应用;最后对柔性气凝胶的发展做了总结和展望。
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聚酰亚胺气凝胶材料的电子/紫外辐照效应及机理分析
孙承月, 郭鑫鑫, 吴忧, 曹争利, 王豪, 琚丹丹, 王岩, 吴宜勇
材料导报
2022,36(22 ):22040378 -8. DOI:10.11896/cldb.22040378
摘要
（
697
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开展气凝胶多孔材料在空间辐照环境下的损伤行为及性能退化规律的研究是拓展其空间应用的重要基础,可为其在轨性能的预测提供合理的理论依据。本工作通过对比聚酰亚胺(PI)气凝胶辐照前后的热稳定性及导热能力,结合现代材料分析技术,对材料的电子和真空紫外(VUV)辐射效应及损伤机理进行了研究。结果表明,170 keV和1 MeV的电子辐射均会对PI气凝胶造成电离损伤,导致C-O含量降低,材料发生降解。此外,170 keV的电子辐射还会使材料产生充放电效应,破坏材料的微观结构,使其比表面积降低16.6%。真空紫外辐照会活化PI气凝胶表面,O含量增加到61.45%,与原始样品相比,C=O和C-O含量均有所增加。电子辐照和VUV辐照对PI气凝胶的热稳定性、导热能力未造成明显影响。
参考文献
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聚酰亚胺气凝胶及其薄型复合材料的制备和性能研究
雷尧飞, 沈宇新, 艾素芬, 董薇, 陈浩, 张鹏飞, 刘佳
材料导报
2022,36(22 ):22040282 -4. DOI:10.11896/cldb.22040282
摘要
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航天器和尖端武器等领域对热导率低且柔性可弯曲的高性能隔热材料需求迫切。典型的二氧化硅基、氧化铝基和碳基等无机质气凝胶隔热材料因力学性能差、脆性大且不可弯曲等缺点无法满足狭窄空间及弯曲型面的隔热需求。相比无机气凝胶,聚酰亚胺(PI)气凝胶具有良好的力学性能和柔韧性能,同时具有低热导率特性,使其在柔性隔热材料方面具有广阔的应用前景。本工作采用溶胶-凝胶法,利用超临界干燥技术研制了聚酰亚胺气凝胶及其复合材料。研究表明:PI气凝胶的密度低至0.032 g/cm
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,热稳定性能优异,热导率为0.025 8 W/(m·K);PI气凝胶薄型复合材料的热导率为0.023 0 W/(m·K),与无机气凝胶复合材料隔热性能相当,并表现出良好的柔性特点。本研究还首次报道了薄型柔性PI气凝胶复合材料。
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聚对苯撑苯并二噁唑纤维的电子束辐照效应研究
王芳, 吴亚东, 琚丹丹, 吴宜勇, 孙承月
材料导报
2022,36(22 ):22050038 -5. DOI:10.11896/cldb.22050038
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聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)纤维具有高比强度、高比模量、耐高温、抗阻燃、轻质等特性,被誉为“21世纪超性能纤维”,产品应用前景十分广阔,尤其是在航空航天领域。考虑到带电粒子辐照对航天材料造成的损伤可能会导致高聚物性能下降,且目前对PBO性能损伤的研究主要集中于紫外辐照方向,本工作开展了电子辐照对PBO纤维的损伤行为研究,通过模拟计算选取辐照剂量,并获得不同注量辐照下的纤维样品。电子扫描显微镜(SEM)、全反射红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)等测试结果表明,受电子辐照影响,PBO纤维表面受到刻蚀,结晶性能改变。力学性能测试表明PBO纤维经过电子辐照后强度下降。相关结果显示,空间带电粒子辐照对PBO纤维有明显的活化作用,可使其性能变化,为下一步扩展其应用提供一定的理论基础与参考价值。
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聚酰亚胺薄膜表面导电金属层化学沉积技术研究
王楠, 白晶莹, 李家峰, 冯立, 徐俊杰, 赫艳龙, 董俊伟, 崔庆新, 张立功
材料导报
2022,36(22 ):22030280 -6. DOI:10.11896/cldb.22030280
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为赋予聚酰亚胺(Polyimide,PI)薄膜材料表面良好的导电性,满足其在雷达天线等航空、航天领域的应用,采用化学碱蚀法对表面具有极高化学惰性的PI薄膜进行界面微纳改性处理,并结合化学镀铜沉积技术,实现了PI薄膜表面导电金属层的制备。利用SEM、XRD、AFM、FTIR等对聚酰亚胺薄膜表面改性前后的微观结构和表面金属层性能进行表征。常温化学碱蚀后的PI薄膜表面呈现出树枝状与铆钉状微观结构交错均匀分布的凸起结构形貌,60 ℃碱蚀后的PI薄膜表面呈现出微小凹坑特征,且碱蚀后PI薄膜表面亲水性明显增强。PI薄膜表面金属镀层均匀致密,导电性良好,且镀层与PI薄膜基材之间具有良好的结合力。碱蚀改性后PI薄膜表面呈现出相互交错的微观凸起亲水性结构,为PI薄膜表面金属层的成核、结晶提供良好的沉积与互嵌结合点,形成PI薄膜表面金属层与基材之间良好的界面互锁,从而有利于提高表面镀层结合强度。本工作实现了化学碱蚀作用下聚酰亚胺薄膜表面高导电、高结合强度金属层的制备,可为聚酰亚胺薄膜在雷达天线等航空、航天领域的应用提供技术支撑。
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高强高模聚酰亚胺纤维的空间环境适应性研究及在航天领域的应用前景分析
杨传超, 徐鸿杰, 田国峰, 张静静, 高鸿, 卓航, 张梦颖, 战佳宇, 武德珍
材料导报
2022,36(22 ):22040361 -5. DOI:10.11896/cldb.22040361
摘要
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高强高模聚酰亚胺(PI)纤维是近年来出现的一种新型高性能有机纤维,具有优异的力学性能、耐高低温性能、低介电、高绝缘、高阻燃、耐辐照等综合性能,在航天、航空、安全防护、核工业等领域具有广阔的应用前景。本工作着重针对高强高模PI纤维在航天领域中的应用需求,特别是在空间环境中的应用特点,分析了其在极端温度、交变温度、粒子辐照、高真空以及长期负载等环境下的性能表现,初步考核了其空间环境适应性,以期为其相关应用提供设计依据。研究结果显示,高强高模PI纤维表现出优异的力学性能、耐高低温、耐粒子辐照、抗蠕变等综合性能,在350 ℃条件下其拉伸强度和拉伸模量仍分别可达到1.55 GPa和27.74 GPa,经1.0×10
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rad(Si)剂量粒子辐照后,拉伸性能保持率高于98%。此外,本工作还结合PI纤维的综合性能表现对其在航天领域的应用前景进行了展望。
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国之重材（一）——宇航材料
