中国科大研制用于太空防护的仿生纳米复合膜取得重要进展

IT之家 11 月 29 日消息，今日中国科学技术大学发布消息，表示中国科大研制的用于太空防护的仿生纳米复合膜取得重要进展。

聚酰亚胺薄膜因其优异的力学性能、绝佳的热稳定性和突出的耐化学性，而成为太空探测器"防护服"的绝佳材料然而，与其他碳氢聚合物一样，聚酰亚胺材料在太空环境中也极易受到原子氧的攻击，导致其物理和力学性能急剧下降。

近日，中国科大俞书宏院士团队研发了一种新型的针对太空防护应用的聚酰亚胺-纳米云母复合膜材料，该材料采用了独特的仿生设计，使其力学性能和空间极端环境耐受性均得到了显著提升。研究人员受天然珍珠母的"砖-泥"层状结构启发，巧妙地设计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，使其顶层分布有更致密的云母纳米片，借助云母的本征属性和最为构筑单元的优点，在实现材料力学性能有效提升的同时，使其顶层对原子氧、紫外辐射和空间碎片等抵抗能力也得到了明显提升。

▲ 这种膜片制备过程、微观结构、原子耐受性

区别于以往仿珍珠层纳米复合膜的单层结构设计，在该项研究中，研究人员通过改变组分配比，借助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，使其顶层具有更致密的云母纳米片。这种设计策略不仅实现了材料力学性能的有效提升，而且使其上表面对原子氧、紫外辐射和空间碎片等具有更高的抵抗性能。

IT之家了解到，这种新型仿生复合膜的拉伸强度、杨氏模量和表面硬度分别为 125 MPa、2.2 GPa 和 0.37 GPa，比纯聚酰亚胺膜分别高出 45%、100% 和 68%。此外，其抗紫外线老化性（313 nm）和高温稳定性（380℃），相比纯 PI 膜也得到了明显提升。

应用方面，这种具有双层类珍珠母结构的聚酰亚胺-云母纳米复合膜，有望取代现有材料，作为一种有效的新型航天器外层防护材料，从而用于低轨道环境。