Plasma Prep II太空模拟条件

暴露于氧等离子区的聚酰亚胺表面特征

图1.泡沫的化学结构

图2.TEEK HL, HH, LL, CL,和Kapton带的质量损失

由于聚酰亚胺膜，如同Kapton，广泛用于太空领域，如近地轨道，其太空条件下的性能特征非常明确。另一方面，对聚酰亚胺泡沫在这种环境下的性能，却并未有特别研究。NASA Langley研究中心对高温聚合材料的新近研究表明，新聚酰亚胺泡沫系统有着非常吸引人的特征。这些新的聚酰亚胺泡沫系统可以用于太空领域，这主要是由于其质量轻，耐高温以及其低温学特征。

把聚酰亚胺用于LEO的腐蚀环境之前，有必要了解和预测其性能特征及降解机理。这些信息对于材料使用过程中可能需要采取的保护措施也是非常重要的。

LEO高度的大气成分与对流层大气成分相反，20%的氮气，80%的氧气。没有上层空气滤去短波的紫外线的辐射（小于243nm），氧分子大量光解成氧原子（AO）。氧原子非常活泼，能迅速氧化周围物质。更何况，LEO的物质通常移动非常迅速，高达8千米每秒，这样才能维持轨道位置。在那样的速度下运动，极易撞上5电子伏特的高能量氧原子，每秒每平方厘米表面遇到10¹⁵个氧原子。在这项研究中，氧等离子发生器被用来制造模拟LEO大气的氧原子大气。用SP1 Plasma Prep II等离子蚀刻机来制造氧等离子区。用ASTM E2089-00，太空应用材料地面实验室氧原子交互评估的标准惯例，来决定有效氧原子流量。

图1中（TEEK后的第一个字母表示级数，第二个字母表示密度）的样品表面分析比较是用Kratos XSAM X－射线光电子分光计(XPS)完成的。 XPS是一种表面分析技术，它从固体表面的上层原子层进行观察。用XPS，电子从样品表面喷射出来，带有当时样品所特有的结合能。结合能的变化与氧化或化学状态有关。

质量损失数据显示，对HH,HL, LL, 和CL系列来说，化学结构、密度效应以及表面面积似乎对氧原子抵抗力的影响最大。抵抗力从大到小排列为CL>LL>HH>HL(图 2)。XPS数据显示了泡沫的全部氧化情况。HL, LL,和CL泡沫数据显示，与氧原子接触后羰基增加，这和之前聚酰亚胺薄膜的报告数据有关。密度较高的HH系列，羰基减少了。这似乎表明，等离子区优先和环结构的原子反应，生成不稳定的物质。

重要成就：

第一次表面化学研究，测定太空应用中，新聚酰亚胺泡沫系统与氧原子的性能特征。
一篇技术论文被2002美国航空航天协会（AIAA）会议接受并发表。

重要里程碑：

目前正在进行有关聚酰亚胺的风化降解的表面特征的相关研究，一篇技术论文为2002美国化学学会会议接受。
2001年，出现了更多相关研究的出版物和介绍。

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