复合薄膜表面技术研究进展

概述了复合薄膜表面技术研究进展以及在航空，航天等方面的应用，并提出了有待深入研究的问题。     

聚酰亚胺复合膜的泊松比设计

空间薄膜材料的泊松比是张拉中产生膜面褶皱的主要原因之一。为此，需要对薄膜的泊松比进行设计，从而削弱甚至消除薄膜的泊松比效应对膜面精度产生的影响。针对应用于空间结构中的新型正交各向异性纤维增强复合膜，使用正交椭圆孔阵列对复合膜胞元进行泊松比设计，分析其等效的经纬双向泊松比随孔间边界距离和椭圆本身的长短轴之比的变化规律。讨论了打孔后孔间边界距离g,以及椭圆长轴占长短轴之和的比例r，对打孔后薄膜胞元的等效泊松比产生影响的原因。g对等效泊松比的影响主要体现在两个方面：其一是g值影响了胞元的旋转能力，其二是g值决定了材料参数对打孔后的等效泊松比的影响程度。g值越大，等效泊松比越大。r值对等效泊松比的影响主要是胞元的旋转能力，r值越大，旋转能力越大，等效泊松比越小。     

真空磁过滤电弧离子镀法制备类金刚石涂层方法及性能研究

采用真空磁过滤电弧离子镀方法，在GT35基体上沉积类金刚石膜。通过对清洗工艺及弧电流、工件所加负偏压、沉积温度等参数的研究，制定出了合理的工艺路线，并对这种膜层进行了X－射线光电子谱（XPS）分析，利用干涉仪、纳米硬度计对膜层的粗糙度、纳米硬度作了进一步检测。结果表明，采用此种方法制备的类金刚石膜层，SP^3含量约为40．1％；组织致密，无大的颗粒；镀膜后的粗糙度可以达到0．015μm；纳米硬度约为55GPa。并将膜层与TiN膜层组成摩擦副，进行了耐磨性试验。结果表明膜层的耐磨性较好。     

M50钢表面磁控溅射Ti-GLC薄膜高温摩擦学性能

为了研究高温环境下轴承钢基体上Ti掺杂类石墨碳基薄膜的实际应用，采用非平衡磁控溅射技术在M50钢表面制备Ti-GLC膜，分别在不同温度、不同线速度下与Al₂O₃陶瓷球进行摩擦磨损试验，研究其高温摩擦学性能及磨损机理。结果表明，随着温度的升高，Ti-GLC膜中的sp²键含量逐渐增大，石墨化程度加重，硬度和弹性模量逐渐降低，膜基结合力也有所降低。在室温～200℃，所制备的Ti-GLC薄膜保持优异的低摩擦与耐磨损性能，为Ti-GLC薄膜的最佳服役温度区域。在200 mm/s下，随着温度的升高，磨损形式由轻微的黏着磨损和磨粒磨损逐渐转变为严重的磨粒磨损和氧化磨损。     

可用于红外隐身的纳米石墨薄膜热辐射调制器的研究

碳材料以重量轻、比表面积大、机械强度高、导电性好等特性在隐身技术领域有巨大的应用潜力。本文基于化学气相沉积方法，通过优化生长温度、降温速率和氢气流量制备出厚度为500～700nm、表面褶皱且具有高结晶度的石墨薄膜。进一步通过构建夹层结构的中红外热辐射调制器，研究了离子插入对纳米石墨薄膜红外热辐射性能的影响，发现在0～4V电压调控范围，通过电控制离子液体插入，石墨薄膜的红外发射率可以从0.38降低到0.06，且红外发射率调谐性能可逆。这种纳米石墨薄膜可以作为一种新型的智能热表面材料，用于复杂背景下的动态热伪装或红外隐身，同时其发射率可动态调谐的性能使其在辐射冷却、个人热管理和红外通信等方面也有巨大的潜在应用价值。     

发电-储能一体化柔性电源系统结构热特性仿真研究

基于柔性薄膜砷化镓(GaAs)太阳电池、全固态薄膜锂电池(TFB)和柔性管理电路组成的发电-储能结构一体化电源系统，可以用作便携式应急电源，也可与无人飞行器、便捷式电子设备、无线传感网络节点等结合，实现自身能源的闭合供给，满足相关装备对电能源全天候、长时间、模块化等多样化应用的需求。但在实际工作中，系统的电转化效率只有30%左右，大部分太阳光的能量经太阳电池吸收后会转化成热，TFB在充电过程中也会发热。电源系统中，柔性太阳电池和TFB采用键合的方式结合，由于薄膜各层材料的热膨胀系数不同，产生的热量会在电源系统内部导致热应力，造成键合材料的分离，甚至破坏整个电源系统。通过计算机模拟柔性电源系统在月球表面环境下的工作状态，建立电源系统结构模型以及热传递数学模型，仿真得到不同结构电源系统工作时的温度场和应力场分布情况，对发电-储能一体化柔性电源系统结构优化和工作状态的掌握具有指导意义。     

不同钝化工艺SiO2薄膜的辐射缺陷

为研究不同钝化工艺栅介质用SiO₂薄膜的高能电子辐射缺陷特征，采用能量为1 MeV的高能电子在辐照注量为1×10¹⁵ e/cm²、5×10¹⁵ e/cm²和1×10¹⁶e/cm²下对三种不同钝化工艺（I，700 nm SiN + 500 nm PSG;II，1.2 μm SiN;III，700 nm PSG + 500 nm SiN）的SiO₂薄膜进行了辐照试验。拉曼光谱和X射线光电子能谱结果表明I和III钝化工艺SiO₂薄膜形成了非晶硅及双氧根离子，傅立叶红外光谱结果表明I钝化工艺SiO₂薄膜形成缺陷结构未知的A₁、A₂、B₁及B₂缺陷；II钝化工艺SiO₂薄膜形成A₁、B₁、及 缺陷；III钝化工艺SiO₂薄膜形成A₁、及B₂缺陷。     

锥形预混火焰羽流脱落过程的实验诊断

为了研究锥形预混火焰的羽流脱落特性，以丙烷-空气预混火焰为实验对象，通过粒子图像测速技术对锥形预混火焰的羽流速度场进行了实验研究，动态模态分解法对得到的速度场进行了模态分解和主要特征重构还原。同时采用光电倍增器对火焰热释放强度信号进行实时采集,采用双热电偶法对然后热气体的温度进行了重建。结果表明在浮力诱导下燃尽气体与周围环境空气相互剪切形成剪切层（BSL）， BSL 的 KH 不稳定性诱导产生了涡，涡作用于燃尽区附近的流场，扰动传至火焰面附近区域，与火焰剪切层（FSL）的 DL 不稳定性耦合，表现为火焰面的脉动和火焰热释放率的脉动。通过近红外自发光成像得到的热气体自发光强度与温度信号有较强的相关性，热气体呈现出与速度场相似的周期性传播模式，为研究预混火焰的羽流脱落特性提供了新的思路。     

展开式薄膜遮光罩设计及重复展开精度研究

针对星敏感器的杂光抑制需求，设计了一种可以实现轴向展开的圆柱状展开式薄膜遮光罩，包括充气支撑管、薄膜蒙皮和挡光环，并完成了各构件的结构和材料设计。建立了薄膜蒙皮的运动学模型，分析了构型随着二面角的变化情况，验证了薄膜蒙皮采用hexagonal折纸样式可以完全折叠和展开。通过试验研究了遮光罩的重复展开精度，包括轴向和径向展开精度等。研制了遮光罩原理样机，并开展了地面展开试验，表明在充气支撑管的驱动下能够顺利展开，为大尺寸遮光罩的工程应用提供了新的技术方案。     

基于虚拟热源法的飞机电热风挡传热数值仿真（英文）

为解决弧面外形的飞机电热风挡传热数值仿真过程中因薄膜热源对应的网格厚度过小易于导致的网格负体积、非物理解等问题，基于电热风挡薄膜热源厚度范围(10^-9～10^-7 m)较其相邻多层介质厚度较小这一事实，结合傅里叶传热理论分析，构建了一种针对飞机电热风挡传热数值仿真薄膜热源处理的虚拟热源法。该方法通过设定薄膜热源虚拟物性参数弱化薄膜热源实际厚度对其相应仿真网格厚度的约束，从而实现薄膜热源厚度与其对应网格厚度的解耦。利用该方法对2种不同薄膜热源网格厚度的电热风挡模型进行了非稳态传热数值仿真，并将仿真结果与按实际薄膜热源厚度设定网格厚度及物性参数的电热风挡模型仿真结果进行对比发现，虚拟热源法求解的仿真结果与按常规设置求解的仿真结果在温度和时间两个维度上均吻合。因此，在求解类似电热风挡这种具有薄膜内热源的非稳态传热问题时，可在构建网格模型时按需设定薄膜热源网格厚度，并在求解时采用虚拟热源法，以避免网格负体积或非物理解问题的发生。