石墨烯在航天领域应用进展

基于对石墨烯的结构、性能进行介绍,综述了目前石墨烯在抗原子氧剥蚀、太阳能电池以及空间润滑等领域的研究进展,并对石墨烯今后可能在热电材料、气体传感器、宇航服、空间站水处理、蓄电设备、热控材料等空间环境领域的应用前景进行了展望。     

基于Diels-Alder反应的石墨烯基自修复材料

合成了糠基功能化的氧化石墨烯(GO-Fu)和带糠基侧基的聚甲基丙烯酸酯共聚物(PMA-Fu),进而与双马来酰亚胺(BMI)反应,制备了基于Diels-Alder反应的具有共价键可逆交联结构的石墨烯基自修复塑料复合材料,并采用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱、热失重分析、原子力显微镜、流变测试、力学性能测试等方法,对GO-Fu和PMA-Fu的结构及复合材料的力学性能、流变行为和自修复性能进行了研究。结果表明,在自修复复合材料中,交联结构的存在导致复合材料的拉伸强度提高60%,玻璃化温度提高20℃,少量功能化石墨烯的引入,可以显著提高材料的自修复效率(接近100%)和修复速度,使得复合材料表现出优异的自修复性能。今后还需进一步研究如何通过材料结构和化学组成调控实现环氧树脂等热固性聚合物基复合材料的高效自修复。     

石墨烯/高密度聚乙烯导电复合材料的制备与表征

采用氧化还原法制备了石墨烯(GNS),采用红外光谱、透射电子显微镜对所得石墨烯进行分析和表征。采用溶液共混法制备石墨烯/聚乙烯导电复合材料,研究了材料的导电渗流行为,发现石墨烯含量越接近渗流阈值(4.3%,质量分数),随着石墨烯含量的增加,其室温电阻率减少;当质量分数为6.3%左右时,电阻率趋于稳定,约为102Ω.m。DSC分析发现加入GNS后复合材料的降温过程中结晶峰起始温度提高,说明GNS在复合材料中有成核剂的作用。     

氟化处理工艺对TiAl合金氧化层组织的影响

文章研究了氟离子注入和NH₄F溶液处理对TiAl合金高温氧化层组织结构的影响规律。结果表明:TiAl合金高温氧化层的组织和致密度受氟化处理工艺和参数的影响很大;经过表面氟化处理的TiAl合金高温氧化抗力高于原始合金;随着表面氟含量增加,氧化层的钛元素含量增加,致密度下降,研究表明存在一个最佳的表面氟浓度。     

锂氟化碳电池对火星探测任务工况适应性研究

锂氟化碳电池在固体正极体系一次电池中拥有最高的理论比能量(约2180 W·h·kg-1),特别适合对载荷质量要求苛刻的深空探测任务.我国首个火星探测器"天问一号"在其着陆巡视器内部使用了一组锂氟化碳电池用于完成进入—下降—着陆段的供电任务.文章提炼锂氟化碳电池与深空探测应用密切相关的4项基本特性,根据火星探测任务的特点...     

基于石墨烯膜的光纤Fabry-Perot腔干涉特性分析

针对以新型材料石墨烯为膜片的光纤法珀压力传感器,应用圆薄膜大挠度弹性理论,利用有限元法分析了均布载荷下石墨烯膜的挠度形变;并基于Fabry-Perot干涉仪原理,建立了光纤Fabry-Perot腔压力传感的数学模型.根据石墨烯膜折射率特性,分析了层数、入射光角度等参数对石墨烯膜反射率的影响,获取了腔长损耗以及薄膜挠度形变导致腔长变化而引起的干涉光谱变化规律.仿真结果表明,增加薄膜层数可提高反射率、改善干涉性能;但随着载荷增加,其对挠度形变的影响表现为反向递减效应.8层石墨烯薄膜可获得0.715%的反射率,且当腔长为40μm时,直径25μm薄膜的理论压力灵敏度约为10nm/kPa.这为基于多层石墨烯的膜片式光纤压力传感器的设计提供了理论依据.      

石墨烯光推进原理分析及光驱动特性测试研究

光推进是将光能转换为动能的一种推进方式,石墨烯材料具有独特的光电特性,为光推进技术发展提供了重要前提。文章介绍了石墨烯光推进技术发展,讨论了石墨烯光推进的电子射流、Knudsen力、激光烧蚀三种作用机理假设,分别计算了电子射流及Knudsen力产生推力的数量级,认为Knudsen力更有可能是光产生驱动现象的原因。针对Knudsen力这一假设,采用悬丝摆动的微小力测量方法,表征了石墨烯海绵表面受激光照射一侧和未被照射一侧的表面温度,两侧表面形成了显著的温差,热量主要在受照射的一侧表面聚集;讨论了真空度等参数对光驱动力大小产生的影响。结果表明,石墨烯光驱动力在微牛量级,低真空度(1～10 Pa)是产生光驱动力的适宜环境,热效应在光驱动里中占据主导作用,间接表明了石墨烯光驱动力主要来自于Knudsen力的可能性。     

基于石墨烯强化传热的微小飞行器热控设计

文章针对微小飞行器电子设备高度集成化带来的热控风险,以某微小飞行器为研究对象,在分析其轨道参数和结构性能的基础上,提出采取不同厚度的石墨烯导热层等温强化传热的热控设计方案;通过热分析软件建立飞行器在轨状态的热模型,仿真计算飞行器在高温和低温工况下的外热流及不同厚度的石墨烯导热层方案下的瞬态温度分布,并对结果进行对比分析。结果表明,采取石墨烯导热层等温强化传热的热控方案可明显降低微小飞行器内部单机的温差,解决高低温工况下单机温度波动较大的问题。同时,通过实验方法验证了利用石墨烯导热层实现微小飞行器等温化的可行性。     

碳纳米管/ 石墨烯杂化材料分散性的优化

通过超声制备出不同的碳纳米材料分散液。通过紫外光谱证明分散液中的杂化材料已成功合成,同时通过紫外光谱、显微镜扫描和沉淀实验表征碳纳米材料的分散性。结果表明:相比于碳纳米管和石墨烯,碳纳米管/石墨烯杂化材料皆具有优异的分散性,但由于杂化材料合成机理的差异,在一步法制备杂化材料中碳纳米管和石墨烯有相同机会和聚丙烯酰氯发生反应,可更好地阻碍碳纳米管的团聚,因此一步法合成的碳纳米管/石墨烯杂化材料的分散性要优于多步法合成的杂化材料,实现了碳纳米杂化材料分散性的优化。     

面向月尘防护的舱外航天服面料芳纶1313的功能化修饰

针对舱外航天服外层面料芳纶1313(PMIA)织物表面活性较低,难以功能化的问题,首先采用γ射线进行辐照改性,并分析PMIA表面的元素变化;然后在氧化石墨烯(GO)水溶液中浸渍处理,利用水合肼将吸附至试样表面的GO还原为还原氧化石墨烯(rGO),从而提高PMIA抗静电性能;最后在试样表面进一步修饰1H,1H,2H,2H...