宇宙防護のシミュレーションナノ複合膜は重要な進展を遂げた。

 

 

図1.ポリイミド−ナノマイカシミュレーション複合膜の製造過程の概略図及びその微細構造、機械的性質及び原子酸素耐性

 

最近、中国科大研究者は天然真珠母の「レンガ-泥」層状構造に啓発され、二層類真珠層構造を有するポリイミド-雲母ナノ複合膜を巧みに設計構築し、その上層により緻密な雲母ナノシートを分布させ、雲母の固有属性と最も構築ユニットの利点を借りて、材料力学性能の効果的な向上を実現すると同時に、その上層を原子酸素、紫外線や空間の破片などの抵抗力も著しく向上した。この研究成果は「Double-Layer Nacre-Inspired Polyimide-Mica Nanocomposite Films with Excellent Mechanical Stability for LEO Environmental Conditions」と題して国際定期刊行物Advanced Materialに発表された。わが校の特任副研究員の潘暁鋒と博士生の伍鲍は論文の共同第一著者であり、高懐嶺副研究員と兪書宏教授は通信著者である。

 

研究者は彼らが前期に開発した優れた力学的性質と紫外シールド機能を有し、マクロ量で調製可能な雲母ナノシート(Nat.Commun.2018,9,2974)を構築基材として、ポリイミド前駆体と共に組み立ててポリイミド−雲母ナノ複合膜を得、雲母の優れた固有特性を利用してポリイミドの不足を補う。従来の擬真珠層ナノ複合膜の単層構造設計とは異なり,本研究では,群分配比を変えることにより,二層系真珠層構造を有するポリイミド−雲母ナノ複合膜をスプレーと熱硬化の併用法により構築し,その最上層により緻密な雲母ナノシート(図1 a−f)を持たせた。この設計戦略は材料の力学的性質の効果的な向上を実現するだけでなく,その上面が原子酸素,紫外放射,空間破片などに対してより高い抵抗性能をもたらす。

 

研究により,この新しい擬似複合膜の引張強度,Young率,表面硬度はそれぞれ125 MPa,2.2 GPa,0.37 GPaであり,純ポリイミド膜よりそれぞれ45%,100%,68%高かった(図1 g)。得られた二層ポリイミド‐雲母複合膜は,独特の二層真珠母構造と雲母ナノシートの固有性能の利点から,より優れた原子酸素耐性(侵食率≒0.17)を示した。×10−24 cm−3 atoms−1)は、純ポリイミドフィルム、単層系真珠母構造のポリイミド−雲母複合フィルム、および従来報告されているポリイミド系複合材料よりも明らかに優れている。さらに，純PI膜に比べて，その紫外線に対するエージング抵抗（313 nm）と高温安定性（380 oC）も著しく向上した。

 

この二層真珠母構造を有するポリイミド‐雲母ナノ複合膜は,既存のポリイミド系複合膜材料に取って代わることが期待され,低軌道環境に用いるための有効な新しい宇宙機外層防護材料として用いられる。この研究で提案した独特な二層擬似真珠母構造設計戦略も,他の高性能ナノ複合材料の設計構築に新しい構想を提供した。

 

この研究は国家自然科学基金イノベーション研究グループの援助プロジェクト、国家自然科学基金重点プロジェクト、中科院最前線重点プロジェクト、中央大学基本科学研究業務費特別基金、安徽省大学協同イノベーションプロジェクト及び中科大同時放射連合基金の援助を受けた。