Разработка научных основ создания многослойных радиационно-защитных терморегулирующих покрытий на основе полиимидных трековых (ядерных) мембран

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-79-10064

НазваниеРазработка научных основ создания многослойных радиационно-защитных терморегулирующих покрытий на основе полиимидных трековых (ядерных) мембран

Руководитель Черкашина Наталья Игоревна, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" , Белгородская обл

Конкурс №41 - Конкурс 2019 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-505 - Физико-химические и радиационные проблемы материаловедения

Ключевые слова Многослойный композит, радиационная защита, терморегулирующие покрытия, ядерные мембраны, трековые мембраны, матричный синтез, гидротермальный синтез, космическое излучение, газовыделение, вакуумный ультрафиолет, электронное излучение, протонное излучение, гамма-излучение, атомарный кислород, микрометеоритные частицы

Код ГРНТИ55.09.43

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Для исключения отказов радиоэлектронного оборудования на космических аппаратах (КА) используется стойкая к воздействию радиации элементная база и защитное экранирование, обеспечивающие при минимальных габаритно-массовых характеристиках максимальный срок активного существования и надежность. Поэтому проблема защиты элементной базы от радиации сводится к выбору наиболее эффективного защитного экрана. В этом направлении в качестве защитного экрана перспективно использовать пассивную систему обеспечения теплового режима в виде терморегулирующих покрытий (ТРП) внешних поверхностей корпусов КА. Анализ существующих терморегулирующих покрытий свидетельствует, что они не могут обеспечить длительный срок активного существования (15 и более лет). В связи с этим, предлагаемые исследования направлены на изучение общих закономерностей синтеза полимерных композитов терморегулирующего назначения многослойной структуры с применением полиимидных трековых (ядерных) мембран и расширение знаний о физических процессах, происходящих в материалах, работающих в экстремальных условиях космического пространства на низкой околоземной орбите (с высотой над поверхностью Земли 200-800 км). Реализация проекта направлена на разработку научных основ создания многослойных радиационно-защитных терморегулирующих покрытий на основе полиимидных трековых мембран, обладающих высоким уровнем защиты от негативных факторов космического пространства (глубокого вакуума, вакуумного ультрафиолета, заряженных частиц (электронов, протонов), атомарного кислорода, высокоэнергетического гамма- излучения, экстремальных температур (от -170° до +200 °С) и микрометеоритного воздействия), а также на исследование изменения их структуры и свойств под воздействием этих факторов. Решение поставленной задачи основано на технологии получения многослойного экрана, состоящего из трех последовательных слоев: 1–й слой (нижний) – радиационно-защитный на основе полиимидных трековых (ядерных) мембран, наполненных нанодисперсным металлическим свинцом; 2-й слой – терморегулирующий на основе полиимидных трековых (ядерных) мембран, наполненных органосилоксановыми структурами (POSS) высокой степени белизны; 3-й слой (верхний) – противоударный, на основе износостойкого покрытия из металлического W. Впервые для создания полимерного композита будут использованы полиимидные слои в виде трековых (ядерных) мембран, собранных в многослойный сэндвич необходимой толщины. В работе будет использован наиболее эффективный метод изготовления радиационно-защитного слоя «матричным синтезом». Суть данного метода состоит в гальваническом осаждении металлического свинца в сквозные травленые каналы полиимидных трековых мембран. Для создания терморегулирующего (2-го) слоя покрытия будут использованы полиимидные трековые (ядерные) мембраны, заполненные органосилоксановыми структурами (POSS) высокой степени белизны. Использование органосилоксановых пигментообразующих наполнителей (POSS-структур) второго терморегулирующего слоя покрытия, обладающих высокой белизной и соответственно высокой отражательной способностью, позволит создать покрытие, относящееся к классу «Солнечные отражатели». Кроме того, POSS-структуры, благодаря своей химической природе, обладают повышенной стойкостью к потоку атомарного кислорода, т.к. Si играет главную роль в создании на поверхности стабильных защитных структур в виде нелетучих оксидов или стеклоподобных веществ при нахождении таких материалов в агрессивной среде. Для синтеза терморегулирующего слоя будет использован реактор высокого давления GSA-0.3, развивающий рабочую температуру до 350-400 оС и выдерживающий давление свыше 70 МПа. Заполнение треков ядерной полиимидной мембраны органосилоксановыми структурами будет происходить путем синтеза наполнителя – нановолокон полиэдрального олигомерного олигосилсесквиоксана (POSS) в присутствии полиимидных мембран. Впервые в работе будет использован метод получения нановолокон POSS при гидротермальных условиях, что позволит заполнить треки (поры) ядерных мембран наполнителем в процессе его синтеза благодаря высокой температуре и давлению. Предлагаемые методы заполнения трековых каналов полиимидной ядерной мембраны позволят синтезировать полимерные композиты обладающие высокой однородностью распределения наполнителя в полиимидной матрице, не позволяя агрегироваться частицам нанодисперных наполнителей, в отличие от обычного механического перемешивания полимерной матрицы и наполнителя. Это значительно улучшит функциональные свойства разрабатываемого покрытия. Так как толщина полиимидных трековых мембран составляет не более 25 мкм, то заданная толщина радиационно-защитного (до 300 мкм) и терморегулирующего (до 100 мкм) слоев покрытия будет формироваться последовательным склеиванием полиимидным лаком каждого нанесенного подслоя наполненной полиимидной трековой (ядерной) мембраны с дальнейшей обработкой методом горячего прессования. Использование в качестве 3-го (верхнего) слоя толщиной 5-7 мкм износостойкого покрытия из металлического W, нанесенного методом вакуумного дуального магнетронного напыления, позволит обеспечить покрытию защиту от высокоскоростных ударных воздействий частиц метеорной материи и космического мусора. Кроме того предлагаемое покрытие будет обладать газобарьерными свойствами, что особо актуально для полимерных материалов, которые теряют свою массу в космосе под воздействием глубокого вакуума. В работе будут проведены исследования по изучению воздействия следующих агрессивных факторов космического пространства: глубокого вакуума, набегающего потока атомарного кислорода, вакуумного ультрафиолетового излучения, электронного, протонного и гамма- излучения, а также микрометеоритных частиц и резкого перепада температур (от -170 до +200 °С) и др. Кроме того, необходимо изучить процессы газовыделения (общую потерю массы) многослойного покрытия и содержание летучих конденсируемых веществ при вакуумно-тепловом воздействии, а также при воздействии ионизирующего излучения. Будут проведены исследования по адгезионной прочности разрабатываемого покрытия с элементами КА.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ