中國科學(xué)技術(shù)大俞書宏院士團(tuán)隊受天然珍珠母結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，研制出一種新型航天器外層防護(hù)材料——聚酰亞胺-納米云母復(fù)合膜。
據(jù)介紹，這種新材料由于采用了獨特的仿生設(shè)計，其力學(xué)性能和空間極端環(huán)境耐受性均得到顯著提升，有望取代現(xiàn)有的聚酰亞胺基復(fù)合膜材料。
該成果日前發(fā)表于國際期刊《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)上。
聚酰亞胺薄膜因其優(yōu)異的力學(xué)性能、絕佳的熱穩(wěn)定性和突出的耐化學(xué)性，成為太空探測器“防護(hù)服”的絕佳材料。然而，與其他碳?xì)渚酆衔镆粯?，該材料在太空環(huán)境中也極易受到原子氧攻擊，導(dǎo)致物理和力學(xué)性能急劇下降，目前還沒有很好的解決手段。此外，宇宙射線輻射和空間碎片撞擊等極端環(huán)境也對其穩(wěn)定性提出嚴(yán)峻的考驗。
俞書宏院士團(tuán)隊受天然珍珠母的“磚-泥”層狀結(jié)構(gòu)啟發(fā)，利用前期開發(fā)的具有優(yōu)異力學(xué)性能和紫外屏蔽功能且可大規(guī)模制備的納米云母片作為構(gòu)筑基元，與聚酰亞胺前驅(qū)體共組裝得到聚酰亞胺-納米云母復(fù)合膜，利用云母的優(yōu)越本征特性來彌補(bǔ)聚酰亞胺的不足。這種設(shè)計策略不僅實現(xiàn)了材料力學(xué)性能的有效提升，而且使其上表面對原子氧、紫外輻射和空間碎片等具有更高的抵抗性能。
研究表明，這種新型仿生復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度、楊氏模量和表面硬度比純聚酰亞胺膜分別高出45%、100%和68%。與此同時，其抗紫外線老化性和高溫穩(wěn)定性也得到明顯提升。
業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，這項研究提出的獨特雙層仿珍珠母結(jié)構(gòu)設(shè)計策略，為設(shè)計構(gòu)筑其他高性能納米復(fù)合材料提供了新思路。