ZnO@ZIF-8复合涂层的构筑及其热控性能研究
发布时间：2021-06-26 04:55
低吸收白色热控涂层在航天器热控系统中发挥着重要作用,可有效实现对航天器外表面的温控。以Zn O为颜料的白色有机热控涂层是航天器最常用的低吸收热控涂层之一,具有较高的太阳光反射率和较高的红外半球发射率。随着我国航天工业的不断发展,对热控涂层的光学性能提出了更高的要求,进一步提升涂层的太阳光反射率和红外发射率至关重要。本论文设计并制备了多面体Zn O@ZIF-8改性颜料,结合SiO2粒子的高发射率特性,获得了性能优异的SiO2-Zn O@ZIF-8复合热控涂层,为新型热控涂层的开发提供理论和技术支持。本论文以Zn O为锌源,以2-甲基咪唑为配体,通过液相配位组装成功制备了Zn O@ZIF-8核壳粒子,并以甲基硅树脂为粘结剂制备有机热控涂层。通过XRD、SEM、TEM以及FTIR等测试表征方法探究了涂层的形貌、结构、太阳光反射率以及半球发射率,结果表明:包覆改性后的Zn O@ZIF-8热控涂层的太阳光反射率为90.8%,涂层的红外半球发射率为95.3%,提出了Zn O@ZIF-8多面体散射、涂层多孔散射机制以及红外基团振动机制,对涂层的性能作出解释...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
国内外经典白色热控涂层图1-1展示了国内外经典的五种低吸收发射比热控涂层，为各国的航天工业长
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-5-国航天工业的发展具有重要意义[26]。下面将从ZnO基白色热控涂层的应用、制备、改性三个方面进行概述。1.3.1ZnO白色热控涂层的应用以ZnO为颜料、有机硅树脂为粘结剂的白色有机热控涂层符合航天器热控涂层所需要的太阳吸收比和半球发射率，在卫星工程中得到了广泛应用，如图1-2所示，在天舟一号货运飞船表面涂覆着白色热控涂层。图1-2天舟一号表面白色热控涂层ZnO作为热控涂层中的白色颜料，禁带宽度3.37eV，仅吸收波长385nm以下的紫外光，因此具备较低的太阳吸收，其次波长385nm以下的紫外光能够使大部分的有机粘结剂化学键断裂，而ZnO能够很好的屏蔽紫外光对粘结剂的破坏，使得涂层维持良好的光学性能的同时又能提升涂层的抗紫外老化性能[27]。此外ZnO作为白色颜料，具备原料丰富，价格低廉，良好的空间辐照稳定性等优势，是作为低吸收热控涂层中最广泛应用的颜料。美国NASA资助伊利诺理工大学（IITRI）开发的Z-93型白色热控涂层是NASA航天飞行任务广泛采用的白色热控涂层[28]。Z-93型白色热控涂层以ZnO为颜料，K2SiO3作为粘结剂（PS7）制备热控涂层，采用多次喷涂工艺，涂层厚度约为127μm，太阳吸收比低至0.16，半球发射率为0.92，具备良好的光学性能，售价为216$/dm3[29]。其次Z-93型白色热控涂层质地坚硬，在后续加工以及冷热循环过程中能有效抑制涂层表面的脆性龟裂。Z-93型热控涂层具有很低的吸收发射比，在NASA早期的空间应用中展现出良好的空间稳定性。
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-6-后期粘结剂PS7停产，以PQCorporation公司生产的粘结剂Kasil2130来替代PS7，由IITRI重新研发并生产出Z-93P。Z-93P的太阳吸收率和发射率分别为0.16和0.92，能够有效替代Z-93。随后，Z-93P在很长的一段时间内被NASA广泛地应用于航天器表面热控涂层。Z-93和Z-93P在美国NASA的应用历史长达40年，图1-3则展现了AZ-93与Z-93P型白色热控涂层的反射光谱。图1-3AZ93与Z93P型白色热控涂层光谱反射率曲线[28]我国热控涂层研发技术水平与美国、俄罗斯仍有一定差距，多使用白色有机热控涂层，目前应用最广泛的白色热控涂层主要为SR107、S781有机热控涂层。我国研制的SR107热控涂层，是一种以ZnO为颜料、全甲基硅橡胶为粘结剂的白色热控涂层，具有良好的抗紫外辐照特性。SR107热控涂层涂覆厚度为150~200μm，太阳吸收比为0.15~0.19，半球发射率为0.85~0.87。SR107采用C5505ST固化剂，可实现室温固化，被广泛应用于中国早期风云系列卫星及返回式卫星。我国研制的S781白色热控涂层，是以ZnO为颜料，以S781有机硅树脂为粘结剂，太阳吸收比约为0.17，半球发射率约为0.87。S781作为我国自行研发的一款性能优异的热控涂层，现主要应用于我国风云系列气象卫星热控部件，为我国气象卫星技术和应用做出重要贡献，如图1-4所示，为风云-3A气象卫星表面遥感温度曲线。
【参考文献】：
期刊论文
[1]有机/无机杂化室温固化热控涂层的制备（英文）[J]. 刘丁,于洋,米乐,于云,宋力昕. 无机材料学报. 2018(08)
[2]热控涂层研究进展[J]. 李娅. 科技资讯. 2011(28)
[3]美国用于空间站辐射器中的热控涂层[J]. 王旭东,何世禹,杨德庄,魏鹏飞. 宇航材料工艺. 2002(01)
博士论文
[1]基于表面等离激元和声子极化的器件及波导特性研究[D]. 叶燊.北京交通大学 2019
[2]半导体超晶格结构中声子—极化激元与激子性质研究[D]. 贺梦冬.湖南大学 2008
硕士论文
[1]成像光学系统杂散光系数分析与计算[D]. 孙林.长春理工大学 2019
[2]SiC表面声子极化激元的激发及其光学特性研究[D]. 买尔旦·吐合达洪（merdan tuhtasun）.上海师范大学 2019
[3]亚磷酸镁晶体辐射制冷材料的研究[D]. 徐志魁.华南理工大学 2018
[4]微纳米粒子聚合物薄膜的辐射制冷研究[D]. 吕尧兵.哈尔滨工业大学 2018
[5]射频磁控溅射制备SiO2薄膜及其性能研究[D]. 徐成.大连理工大学 2017
[6]Al纳米结构的FDTD模拟研究及其在紫外波段的应用[D]. 叶伟.华中科技大学 2016
[7]ABS塑料镀铝表面高功率脉冲射频磁控溅射沉积SiO2薄膜研究[D]. 贺佳.大连理工大学 2013
[8]改性ZnO基有机热控白漆的合成与表征[D]. 周博.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3250669
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
国内外经典白色热控涂层图1-1展示了国内外经典的五种低吸收发射比热控涂层，为各国的航天工业长
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-5-国航天工业的发展具有重要意义[26]。下面将从ZnO基白色热控涂层的应用、制备、改性三个方面进行概述。1.3.1ZnO白色热控涂层的应用以ZnO为颜料、有机硅树脂为粘结剂的白色有机热控涂层符合航天器热控涂层所需要的太阳吸收比和半球发射率，在卫星工程中得到了广泛应用，如图1-2所示，在天舟一号货运飞船表面涂覆着白色热控涂层。图1-2天舟一号表面白色热控涂层ZnO作为热控涂层中的白色颜料，禁带宽度3.37eV，仅吸收波长385nm以下的紫外光，因此具备较低的太阳吸收，其次波长385nm以下的紫外光能够使大部分的有机粘结剂化学键断裂，而ZnO能够很好的屏蔽紫外光对粘结剂的破坏，使得涂层维持良好的光学性能的同时又能提升涂层的抗紫外老化性能[27]。此外ZnO作为白色颜料，具备原料丰富，价格低廉，良好的空间辐照稳定性等优势，是作为低吸收热控涂层中最广泛应用的颜料。美国NASA资助伊利诺理工大学（IITRI）开发的Z-93型白色热控涂层是NASA航天飞行任务广泛采用的白色热控涂层[28]。Z-93型白色热控涂层以ZnO为颜料，K2SiO3作为粘结剂（PS7）制备热控涂层，采用多次喷涂工艺，涂层厚度约为127μm，太阳吸收比低至0.16，半球发射率为0.92，具备良好的光学性能，售价为216$/dm3[29]。其次Z-93型白色热控涂层质地坚硬，在后续加工以及冷热循环过程中能有效抑制涂层表面的脆性龟裂。Z-93型热控涂层具有很低的吸收发射比，在NASA早期的空间应用中展现出良好的空间稳定性。
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-6-后期粘结剂PS7停产，以PQCorporation公司生产的粘结剂Kasil2130来替代PS7，由IITRI重新研发并生产出Z-93P。Z-93P的太阳吸收率和发射率分别为0.16和0.92，能够有效替代Z-93。随后，Z-93P在很长的一段时间内被NASA广泛地应用于航天器表面热控涂层。Z-93和Z-93P在美国NASA的应用历史长达40年，图1-3则展现了AZ-93与Z-93P型白色热控涂层的反射光谱。图1-3AZ93与Z93P型白色热控涂层光谱反射率曲线[28]我国热控涂层研发技术水平与美国、俄罗斯仍有一定差距，多使用白色有机热控涂层，目前应用最广泛的白色热控涂层主要为SR107、S781有机热控涂层。我国研制的SR107热控涂层，是一种以ZnO为颜料、全甲基硅橡胶为粘结剂的白色热控涂层，具有良好的抗紫外辐照特性。SR107热控涂层涂覆厚度为150~200μm，太阳吸收比为0.15~0.19，半球发射率为0.85~0.87。SR107采用C5505ST固化剂，可实现室温固化，被广泛应用于中国早期风云系列卫星及返回式卫星。我国研制的S781白色热控涂层，是以ZnO为颜料，以S781有机硅树脂为粘结剂，太阳吸收比约为0.17，半球发射率约为0.87。S781作为我国自行研发的一款性能优异的热控涂层，现主要应用于我国风云系列气象卫星热控部件，为我国气象卫星技术和应用做出重要贡献，如图1-4所示，为风云-3A气象卫星表面遥感温度曲线。
【参考文献】：
期刊论文
[1]有机/无机杂化室温固化热控涂层的制备（英文）[J]. 刘丁,于洋,米乐,于云,宋力昕. 无机材料学报. 2018(08)
[2]热控涂层研究进展[J]. 李娅. 科技资讯. 2011(28)
[3]美国用于空间站辐射器中的热控涂层[J]. 王旭东,何世禹,杨德庄,魏鹏飞. 宇航材料工艺. 2002(01)
博士论文
[1]基于表面等离激元和声子极化的器件及波导特性研究[D]. 叶燊.北京交通大学 2019
[2]半导体超晶格结构中声子—极化激元与激子性质研究[D]. 贺梦冬.湖南大学 2008
硕士论文
[1]成像光学系统杂散光系数分析与计算[D]. 孙林.长春理工大学 2019
[2]SiC表面声子极化激元的激发及其光学特性研究[D]. 买尔旦·吐合达洪（merdan tuhtasun）.上海师范大学 2019
[3]亚磷酸镁晶体辐射制冷材料的研究[D]. 徐志魁.华南理工大学 2018
[4]微纳米粒子聚合物薄膜的辐射制冷研究[D]. 吕尧兵.哈尔滨工业大学 2018
[5]射频磁控溅射制备SiO2薄膜及其性能研究[D]. 徐成.大连理工大学 2017
[6]Al纳米结构的FDTD模拟研究及其在紫外波段的应用[D]. 叶伟.华中科技大学 2016
[7]ABS塑料镀铝表面高功率脉冲射频磁控溅射沉积SiO2薄膜研究[D]. 贺佳.大连理工大学 2013
[8]改性ZnO基有机热控白漆的合成与表征[D]. 周博.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3250669
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