CN108335770B - 一种多功能的梯度结构柔性防护薄膜 - Google Patents

一种多功能的梯度结构柔性防护薄膜 Download PDF

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Abstract

一种多功能的梯度结构柔性防护薄膜，它涉及空间环境中电子器件防护领域，特别是一种抗空间带电粒子辐射以及具有优异导电导热性能的纳米薄膜防护金属膜柔性聚合物多层梯度结构功能防护材料。本发明是要解决现有抗空间辐射防护材料存在质量重、非柔性、成本高及易于产生二次粒子的问题。多功能的梯度结构柔性防护薄膜为三层结构，所述三层结构分别为纳米管薄膜、微纳米单质层和柔性聚合物；所述纳米管薄膜为石墨烯薄膜、氮化硼纳米管或碳纳米管薄膜；微纳米单质层中所述单质为铝、镍、钛、铜或银；所述柔性聚合物为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯或微纳米粒子掺杂聚合物。本发明用于电子器件防护。

Description

一种多功能的梯度结构柔性防护薄膜
技术领域
本发明涉及空间环境中电子器件防护领域，特别是一种抗空间带电粒子辐射以及具有优异导电导热性能的纳米薄膜防护金属膜柔性聚合物多层梯度结构功能防护材料。
背景技术
人类航天活动受到多种环境因素的挑战，带电粒子辐射环境是其中之一。空间带电粒子辐射环境包括地球辐射带、太阳质子事件和银河宇宙线。航天器型号设计的首要目标之一是防护舱内设备不受空间环境的危害。长期以来，航天器用材料的选择，都十分重视材料的抗辐射损伤能力与防护效果。尤其在执行长期空间任务时，更加突显该问题的重要性。随着人类空间活动的日益增多，大规模集成化电子器件和芯片更加广泛的使用，空间环境对于航天器影响的重要性也日益突出。人类六十余年的航天探索实践表明，空间环境对航天器是苛刻的、不可忽视的，有着极其重要的影响，是诱发航天器异常和故障的重要原因。其中，以空间带电粒子辐射环境对航天器的影响最为突出。通常，航天器的传统设计(采用铝作为结构材料)，能够较好地兼顾工程和辐射防护需求。然而，铝毕竟是金属结构材料，其密度尚较高(2.7g/cm3)，不利于更加有效地降低航天器的结构重量，而且容易造成二次辐射。随着航天技术的发展，对轻质、高性能和低成本的辐射防护材料提出了迫切需求。深空探测航天器要长时间在行星际空间飞行，如火星探测器飞行时间长达500天以上，遭遇银河宇宙线和太阳质子辐射损伤的可能性更大。富氢材料如水、聚乙烯等具有优异的辐射防护能力。这使聚乙烯及其复合材料成为富有前途的抗空间辐射防护材料。将含铅等重金属离子掺杂制备的复合材料，具有一定的防护性能，但是含重金属铅有毒且污染环境。因此，制备一种高性能的多功能的优异柔性防护材料用于防护电子器件具有重要意义。
发明内容
本发明是要解决现有抗空间辐射防护材料存在质量重、非柔性、成本高及易于产生二次粒子的问题，而提供一种多功能的梯度结构柔性防护薄膜。
本发明一种多功能的梯度结构柔性防护薄膜为三层结构，所述三层结构分别为纳米管薄膜、微纳米单质层和柔性聚合物；所述纳米管薄膜为石墨烯薄膜、氮化硼纳米管或碳纳米管薄膜；微纳米单质层中所述单质为铝、镍、钛、铜或银；所述柔性聚合物为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯或微纳米粒子掺杂聚合物。
本发明一种多功能的梯度结构柔性防护薄膜用于电子器件防护。
本发明的有益效果为：
本发明将聚合物与纳米薄膜以及防辐射金属薄膜相结合，利用其界面效应和优异的防护性能，制备出具有高导电性能，高导热性能以及优异的质子、中子和电子等空间带电粒子辐射防护性能的梯度结构柔性防护薄膜，使其对电子器件具有多功能的优异防护效果，能够成为极具潜力的用于微电子器件“特定性”防辐射材料。
附图说明
图1为实施例的多功能的梯度结构柔性防护薄膜的结构示意图；其中1为平整碳纳米管薄膜，2为微纳米单质铝层，3为富氢柔性聚乙烯薄膜；
图2为铝、低密度聚乙烯和实施例制备的梯度结构柔性防护薄膜的质子防护率对比曲线；其中1为铝，2为低密度聚乙烯，3为实施例制备的梯度结构柔性防护薄膜；
图3为铝、低密度聚乙烯和实施例制备的梯度结构柔性防护薄膜的电子防护率对比曲线；其中1为铝，2为低密度聚乙烯，3为实施例制备的梯度结构柔性防护薄膜。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式本发明一种多功能的梯度结构柔性防护薄膜由上层、中层和下层三层结构组成，所述三层结构分别为纳米管薄膜、微纳米单质层和柔性聚合物；所述柔性聚合物低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯或微纳米粒子掺杂聚合物；所述柔性聚合物的厚度为0.01mm～0.05m。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述纳米管薄膜为石墨烯薄膜、氮化硼纳米管或碳纳米管薄膜；所述纳米管薄膜的厚度为0.01mm～0.05m。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述微纳米单质层中所述单质为铝、镍、钛、铜或银；所述微纳米单质层是采用真空镀膜机进行镀膜，其参数：真空度为105Pa，功率为120W，镀膜时间为1～10min；所述微纳米单质层的厚度为1nm～1cm。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述纳米管薄膜为平整碳纳米管薄膜；所述微纳米单质层为微纳米单质铝层；所述柔性聚合物为富氢柔性聚乙烯薄膜。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：下层为富氢柔性聚乙烯薄膜，中层为微纳米单质铝层，上层为平整碳纳米管薄膜。其他与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：下层为富氢柔性聚乙烯薄膜，上层为微纳米单质铝层，中层为平整碳纳米管薄膜。其他与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：中层为富氢柔性聚乙烯薄膜，上层为微纳米单质铝层，下层为平整碳纳米管薄膜。其他与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：中层为富氢柔性聚乙烯薄膜，下层为微纳米单质铝层，上层为平整碳纳米管薄膜。其他与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：上层为富氢柔性聚乙烯薄膜，下层为微纳米单质铝层，中层为平整碳纳米管薄膜。其他与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：上层为富氢柔性聚乙烯薄膜，中层为微纳米单质铝层，下层为平整碳纳米管薄膜。其他与具体实施方式一至九之一相同。
通过以下试验验证有益效果：
实施例：
一种多功能的梯度结构柔性防护薄膜为三层结构，下层为富氢柔性聚乙烯薄膜，中层为微纳米单质铝层，上层为平整碳纳米管薄膜。在平整碳纳米管薄膜的下表面镀一层微纳米单质铝层，然后在微纳米单质铝的下表面铺一层富氢柔性聚乙烯薄膜。
所述微纳米单质层是采用真空镀膜机进行镀膜，其参数：真空度为105Pa，功率为120W，镀膜时间为1～10min；所述微纳米单质层的厚度为1nm～1cm。
分别对铝、低密度聚乙烯和实施例制备的梯度结构柔性防护薄膜采用3MeV质子进行辐照，测试其质子防护率。绘制曲线，得出试验结果，如图2所示，图2为铝、低密度聚乙烯和实施例制备的梯度结构柔性防护薄膜的质子防护率对比曲线；其中1为铝，2为低密度聚乙烯，3为实施例制备的梯度结构柔性防护薄膜；从图中可以看出，在相同质量厚度情况下，与铝、低密度聚乙烯，梯度结构柔性防护薄膜对高能质子防护效果最好。
分别对铝、低密度聚乙烯和实施例制备的梯度结构柔性防护薄膜采用1MeV电子进行辐照，测试其电子防护率。绘制曲线，得出试验结果，如图3所示，图3为铝、低密度聚乙烯和实施例制备的梯度结构柔性防护薄膜的电子防护率对比曲线；其中1为铝，2为低密度聚乙烯，3为实施例制备的梯度结构柔性防护薄膜；从图中可以看出，在相同质量厚度情况下，高能电子在铝、低密度聚乙烯及梯度结构柔性防护薄膜三材料中的吸收剂量的多少，与铝、低密度聚乙烯，梯度结构柔性防护薄膜对高能电子的吸收剂量最大，防护效果最好。

Claims (8)

1.一种多功能的梯度结构柔性防护薄膜，其特征在于多功能的梯度结构柔性防护薄膜由上层、中层和下层三层结构组成，所述三层结构分别为纳米管薄膜、微纳米单质层和柔性聚合物；所述柔性聚合物为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯或微纳米粒子掺杂聚合物；所述柔性聚合物的厚度为0.01mm～0.05m；所述纳米管薄膜为石墨烯薄膜、氮化硼纳米管或碳纳米管薄膜；所述纳米管薄膜的厚度为0.01mm～0.05m；所述微纳米单质层中所述单质为铝、镍、钛、铜或银；所述微纳米单质层是采用真空镀膜机进行镀膜，其参数：真空度为105Pa，功率为120W，镀膜时间为1～10min；所述微纳米单质层的厚度为1nm～1cm。
2.根据权利要求1所述的一种多功能的梯度结构柔性防护薄膜，其特征在于所述纳米管薄膜为平整碳纳米管薄膜；所述微纳米单质层为微纳米单质铝层；所述柔性聚合物为富氢柔性聚乙烯薄膜。
3.根据权利要求1所述的一种多功能的梯度结构柔性防护薄膜，其特征在于下层为富氢柔性聚乙烯薄膜，中层为微纳米单质铝层，上层为平整碳纳米管薄膜。
4.根据权利要求1所述的一种多功能的梯度结构柔性防护薄膜，其特征在于下层为富氢柔性聚乙烯薄膜，上层为微纳米单质铝层，中层为平整碳纳米管薄膜。
5.根据权利要求1所述的一种多功能的梯度结构柔性防护薄膜，其特征在于中层为富氢柔性聚乙烯薄膜，上层为微纳米单质铝层，下层为平整碳纳米管薄膜。
6.根据权利要求1所述的一种多功能的梯度结构柔性防护薄膜，其特征在于中层为富氢柔性聚乙烯薄膜，下层为微纳米单质铝层，上层为平整碳纳米管薄膜。
7.根据权利要求1所述的一种多功能的梯度结构柔性防护薄膜，其特征在于上层为富氢柔性聚乙烯薄膜，下层为微纳米单质铝层，中层为平整碳纳米管薄膜。
8.根据权利要求1所述的一种多功能的梯度结构柔性防护薄膜，其特征在于上层为富氢柔性聚乙烯薄膜，中层为微纳米单质铝层，下层为平整碳纳米管薄膜。
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