发射率可调型智能热控涂层的发展现状

介绍了用于航天器热防护的电致变色和热致相变2种智能热控涂层的基本原理、制备方法及目前的研究现状，对我国智能热控涂层的发展进行了展望。     

导电高分子电致变色材料及其在飞行器和军事伪装中的应用

概述了导电高分子(CPs)作为新型电致变色材料的特点、电致变色原理及红外发射器件的设计，并对国外在飞行器导热控制和红外、雷达伪装上的应用发展状况进行了介绍。     

热致变色涂层技术研究进展

热致变色涂层技术是航天器热控分系统的一项重要技术,对于未来航天器执行多任务、适应空间复杂多变的热环境具有重要意义。文中分析了航天器热控对热致变色涂层技术的需求,介绍了热致变色涂层的技术原理和国内外研究情况。在此基础上,总结了热致变色涂层技术的发展规律及趋势,并对我国热致变色涂层技术的后续发展提出了建议。     

阳极电致变色材料的研究进展

电致变色技术已经广泛应用于智能窗、汽车防眩后视镜等众多领域。其中离子存储层(一般是阳极变色材料)是提高电致变色器件性能和实现技术应用化的关键层,其主要作用是储存和供给变色反应需要的离子,维持整个电致变色过程的电荷平衡,目前,最典型的阳极材料是氧化镍(NiO),因价格低廉、着色效率高、光调制范围大而得到广泛应用。本文概述了近年来阳极电致变色材料的研究进展,包括材料分类、工作原理以及特性要求,介绍了其薄膜制备方法,同时介绍了多种提高阳极变色材料性能的改性方法,并对阳极电致变色材料的发展趋势进行了展望。     

镁锂合金表面阳极氧化热控膜层制备及性能

研究阳极氧化电流密度、持续时间、封闭对镁锂合金表面阳极氧化膜层热控性能的影响规律,并测试膜层的微观形貌、热控性能、结合力、厚度均一性、常压热循环性能以及耐蚀性。结果表明:膜层半球发射率εH随着电流密度、持续时间的增加而增大,最终稳定在0.85～0.87之间;封闭对膜层半球发射率εH影响较小,封闭前后变化范围在±0.05以内;膜层可通过96 h中性盐雾考核。     

空间航天器低吸收-低发射率热控涂层的设计与制备

针对密封舱类航天器在载人登月、天地往返以及绕月飞行的极端工况下保持舱内热平衡的问题,提出了适应于空间与地面环境特性的低吸收-低发射率热控涂层材料体系,采用铝粉与有机硅树脂为主要制备原材料,通过Bruggeman模型有效介质理论与Fresnel公式计算出体积分数与涂层反射率之间的变化规律,最后制备了不同配比的热控涂层,并进行了热辐射性能测试。结果表明:低吸收-低发射率型热控涂层太阳吸收比α_S=0.15、半球发射率ε_H=0.15;涂层的铝粉填料占比越高,热辐射性能越低,该规律符合体积分数与涂层反射率之间的模拟计算结论。     

电致变色技术研究进展和应用

经过多年的研究和发展,电致变色技术已被应用于建筑窗、汽车防眩后视镜、飞机舷窗等领域.本文概述了电致变色器件的结构、工作原理、材料分类、以及特性要求,阐述了电致变色薄膜的制备方法和实现应用的技术要求,并总结分析了国内外发展状况和最新进展.将电致变色应用在能源领域达到节约能耗的效果,极具社会意义和商业价值,是其发展过程的里程碑.目前,探索时间成本和经济效益双赢的技术路线和工艺流程,拓展应用领域(与其他技术相结合)并开发出相关的实用性产品将为电致变色技术重要的发展趋势.具有工业前景的湿化学方法有降低成本,提高效率的优势,将成为实现该项技术普及化的研究热点,另外,电解质层材料的研发和制备也会成为研究发展中的核心技术.     

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。     

新型无机热控涂层的性能及应用

采用自制新型无机白色填料、无机黏结剂制备了高稳定无机热控涂层。对热控涂层的厚度、面密度、热辐射性能、真空挥发性、热循环性能、空间环境稳定性(真空-紫外、真空-质子、真空-电子、原子氧)及多种基材的适应性进行了测试与验证。结果表明:新型无机热控涂层的太阳吸收比≤0.07、半球发射率≥0.90、面密度200～360 g/m~2,经过地面模拟空间环境试验后涂层的太阳吸收比退化量较小,具有优异的空间环境稳定性,适用于多种基材表面。     

热循环对某热控涂层热辐射的影响

对某热控涂层进行了快速高低温循环试验(-196~900℃),通过太阳吸收比、半球发射率检测和SEM形貌等对涂层的热辐射性能进行分析。实验表明,经过热循环后,该涂层保持高吸收比的稳定状态(0.87左右),而半球发射率从原始的0.57提高到0.72,最后稳定在0.75左右。SEM微观形貌研究表明,热循环实验使涂层表面的结晶度和晶粒大小发生变化,导致涂层热辐射性能改变。     

高辐射涂层对刚性隔热瓦性能的影响

文摘由二硅化钼和玻璃料等组成制备了一种刚性隔热瓦表面使用的高辐射涂层,研究了高辐射涂层对刚性隔热瓦结构、力学性能、防水特性、辐射特性、辐射加热试验、风洞试验和深空碎片高速撞击试验的影响规律。结果表明:刚性隔热瓦表面高辐射涂层为致密梯度结构,表面平整,辐射系数大于0.85,防水效果好;高辐射涂层提高了材料的弯曲强度和肖氏硬度;厚度方向的拉伸强度因为涂层和基体的不匹配降低了近50%;石英灯辐射加热试验中,致密的高辐射涂层提高了表面黑度,吸收更多热量使表面温度升高,背面温度上升快。风洞试验中,高辐射涂层将气动加热辐射掉一部分,降低了表面温度从而使材料具有更低的背面温度;含高辐射涂层的刚性隔热瓦能经受典型空间碎片冲击,未产生致命性的破坏。     

Selective thermal emission and infrared camouflage based on layered media

Infrared camouflage based on artificial thermal metasurfaces has recently attracted significant attention. By eliminating thermal radiation differences between the object and the background, it is possible to hide a given object from infrared detection. Infrared camouflage is an important element that increases the survivability of aircraft and missiles, by reducing target susceptibility to infrared guided threats. Herein, a simple and practicable design is theoretically presented based on a multilayer film for infrared stealth, with distinctive advantages of scalability, flexible fabrication, and structural simplicity. The multilayer medium consists of silicon substrate, carbon layer and zinc sulfide film, the optical properties of which are determined by transfer matrix method. By locally changing the thickness of the coating film, the spatial tunability and continuity in thermal emission are demonstrated. A continuous change of emissive power is further obtained and consequently implemented to achieve thermal camouflage functionality. In addition, other functionalities, like thermal illusion and thermal coding, are demonstrated by thickness-engineered multilayer films.     

陶瓷热障涂层的隔热效果研究

通过理论公式推导和试验测量,得出 :热障涂层的隔热效果与环境温差成正比,但同等环境温差下涂层在更高的温度工作时,由于涂层材料导热系数的增大,其隔热效果减小。涂层厚度与隔热效果在实际涂层应用的厚度范围内也接近线性关系。随着发动机叶片冷却气流换热系数增大,热障涂层的隔热效果也越大,但两者并不是线性关系。涂层隔热效果随导热系数的减小而增大,并且在低导热系数区,热障涂层隔热效果对导热系数的变化更敏感。随着涂层的厚度增大,导热系数的改变所具有的增加涂层隔热效果的作用越大;但涂层越厚,单位厚度涂层导热系数改变所取得的隔热效果越低     

宏观机敏机构的振动主动控制

研究了具有压电作动器与应变传感器的柔性连杆机构的振动主动控制问题。应用复模态理论对宏观机敏机构的动力学方程进行解耦,建立了包含系统噪声与观测噪声的受控系统状态空间表达式,并分别设计了离散LQG状态反馈控制器与离散Kalma。滤波器。宏观机敏机构的在线振动控制实验表明,柔性连杆的应变峰值降低了80％,机构的动力学性能得到了显著改善。     

Computer model to predict evaporation and deposition of thermal barrier coatings

Electron beam-physical vapour deposition (EB-PVD) thermal barrier coatings (TBCs) are being investigated in order to be applied to the most demanding of stationary and rotating components. A computer program has been developed aimed at calculating the coating thickness distribution around any component. Engine components were modelled by generating a Stereolithography (STL) file, a common format most CAD packages can export to, and by manipulating them using OpenGL library functions within the computer model. A comparison between the results predicted using the computer model and the ones measured for experimental trial runs was made. Predicted thickness distributions are in good agreement even for the simplified evaporation model.     

含涂层空心球复合泡沫塑料的黏弹性热应力分析

针对含涂层空心微球的复合泡沫塑料,利用三参数标准线性固体模型和黏-弹性对应原理得到了材料由于温度改变而产生的残余热应力,研究了涂层厚度、体分比和时间等因素对残余热应力的影响。结果表明:随着时间的增加,由温度改变而引起的材料内部的残余热应力将逐渐减小,且涂层厚度和涂层空心微球体分比的减小会使残余热应力增加。此外,沿半径方向热应力在微球内逐渐增加,在涂层和基体中则逐渐减小,在涂层与空心微球的交界处达到最大值。     

等离子涂层热疲劳失效模式及失效机理研究

开展了等离子涂层构件热疲劳实验研究,对失效过程及失效模式进行考察,分析了对失效起主导作用的应力分量.针对陶瓷层材料引入粘塑性本构模型,对涂层的热疲劳进行数值模拟研究.分析表明,氧化层厚度为2 μm时,陶瓷层波峰位置容易萌生Ⅰ型横向裂纹,界面中部偏上位置容易萌生Ⅱ型横向裂纹;氧化层厚度为8 μm时,陶瓷层内部法向应力主导横向裂纹的扩展;不同厚度的氧化层内部将形成较高的应变能密度.给出了等离子涂层内部裂纹形成过程及机理.      

容器单元表面热辐射率对吸热蓄热器的影响

吸热/蓄热器是空间太阳能热动力发电系统关键部件之一,主要作用是吸收太阳入射热流和蓄热。由于吸热/蓄热器内换热管各容器单元表面温度不同,热流通过热辐射重新分布,所以容器单元的表面热辐射率将很大的影响吸热器的热性能。通过太阳能热动力发电系统吸热器腔体辐射模型,结合换热管的传热模型计算吸热器的传热过程。计算得到了两种典型的换热管表面热辐射率下吸热器的能量损失、工质吸收能量、换热管最大温度,工质出口温度等结果,进行了比较分析,说明了表面处理对于吸热器热性能的重要性。计算结果可以用于吸热器的设计。      

丁羟三组元固体推进剂燃烧工况下氧化锆热障涂层烧蚀与隔热性能分析

开展了丁羟三组元固体推进剂燃烧工况下几种不同工艺的氧化锆热障涂层烧蚀、隔热性能研究。通过正交试验,揭示了氧化锆热障涂层烧蚀、隔热性能影响因素(基体厚度、粘接层种类、面层种类及面层厚度)之间的主次关系,将为后续氧化锆热障涂层应用于固体火箭发动机领域提供了设计依据。