酰亚胺的原子氧侵蚀效应与防护技术研究毕业论文.ppt

致谢 感谢母校对我的培养； 特别感谢我的导师多树旺教授对我的悉心指导； 感谢同学和室友对我的关心和帮助； 感谢家人对我的支持； 感谢答辩评审！ * 聚酰亚胺的原子氧侵蚀效应与防护技术研究 第一部分 引言 PI/POSS杂化材料的制备及抗 原子氧侵蚀性能 3 有机硅/POSS杂化涂层制备及抗 原子氧侵蚀性能 4 离子注入改性有机硅涂层抗原子 氧侵蚀性能 聚酰亚胺的原子氧侵蚀效应 5 第二部分 研究内容 第三部分 结论 主要内容 1 一、 引 言 近地轨道（Low Earth Orbit, LEO）为距地面200~700 km的高空，主要运行：对地观测卫星、气象卫星、载人飞船、航天飞机和空间站等 。 原子氧对航天材料表面的腐蚀可导致材料性能的退化和机械 性能下降。 原子氧 O2 O+O hυ 高能量 高通量 高活性 原子氧是近地轨道中最危险的因素 2 抗原子氧防护涂层 一、 引 言 无机涂层 有机涂层 有机-无机杂化 SiO2和Al2O3 含硅 含磷 含氟 聚酰亚胺/SiO2 研究热点 脆性，开裂 裂纹 脱落 掏蚀 黄河壶口 表面张应力 有机硅/ SiO2 3 无机相的团聚 采用侵蚀速率（或称反应系数，Re）对AO侵蚀进行定量表征： F——入射AO通量（atom/cm2/s） T——暴露时间（s） A——暴露的表面面积（cm2） r——材料的密度（g/cm3） ΔM——质量损失（g） 2.45GHz 微波源 氧 等离子体 低压 高密度 氧等离子体 可控中性 原子氧束流 氧气 ECR 磁约束 加速 中和 设备与表征 单位：cm3/atom 二、 聚酰亚胺的原子氧侵蚀效应 4 聚酰亚胺 聚酰亚胺的分子结构式示意图 二、 聚酰亚胺的原子氧侵蚀效应 制备流程 PMDA in DMAC ODA PAA in DMAC Film Casting PI Imidization 聚酰亚胺用作太阳能电池的基底材料 聚酰亚胺原子氧侵蚀速率是一常数 常用作评价其它材料侵蚀速率的标准物质 5 原子氧侵蚀动力学（QCM原位测量） 不同侵蚀攻角下质量变化曲线 与侵蚀速率关系曲线 R（q）=R0cosq 线性关系 二、 聚酰亚胺的原子氧侵蚀效应 6 (a) (b) 表面形貌 SEM 暴露前 SEM暴露后 AFM 暴露前 AFM 暴露前 地毯状 粗糙度增加 了两个量级 二、聚酰亚胺的原子氧侵蚀效应 7 Composition at% 表面结构变化 FTIR谱图 XPS定量分析结果 苯环 暴露过程中样品发生了侵蚀， 样品表面的C、N元素被氧化生成 挥发性气相产物CO、CO2 、NOx 等 4.6 27.7 67.7 暴露后 6.2 19.2 74.6 暴露前 N O C 聚酰亚胺样品 二、 聚酰亚胺的原子氧侵蚀效应 8 苯环结构减少 酰胺基团减少 选择性反应 笼型倍半硅氧烷（POSS） 笼型倍半硅氧烷（POSS）,是一类具有特殊分子结构的有机硅化合物。 以无机硅氧骨架为核心，外围被有机基团包围，内核提供良好的耐热性，外围有机基团可以增强与基体间的相容性。以POSS为前驱，在Si上引入活性功能性基团可以得到一类特殊性能的分子级有机/无机纳米杂化材料 。 八氨基苯基笼形倍半硅氧烷(OAPS) 三、 PI/POSS杂化材料的制备及抗原子氧 侵蚀性能研究 9 杂化材料的制备 高度 交联 三、 PI/POSS杂化材料的制备及抗原子氧 侵蚀性能研究 PMDA in DMAC ODA PAA in DMAC Film Casting PI/POSS hybrid Imidization OAPS in DMAC PAA/POSS mixture 10 3 光学性能（紫外可见光光谱） 结构IR分析 5%POSS，无明显影响 20% POSS，可见光范围内透过率在80%以上 三、 PI/POSS杂化材料的制备及抗原子氧 侵蚀性能研究 酰亚胺基出现 酰胺羰基消失 形成了分子复合 11 杂化材料的热稳定性分析 差式扫描热量（DSC曲线） Tg：247 ℃增加到273 ℃ 热分解温度增加 残炭率提高 热重(TG)曲线 54.7 543 273 PI/20% POSS 49.6 540 267 PI/15% POSS 46.7 532 263 PI/10% POSS 37.8 524 257 PI/5% POSS 35.6 509 247 PI Charyield (at850oC)(%) 5%weight loss a