一种防月尘材料及其应用制造技术

本发明专利技术涉及提供了一种防月尘材料及其应用，防月尘材料包括基材和防尘涂层；所述防尘涂层是在所述基材表面形成的涂层；所述防尘涂层由以下方法形成的：将所述基材用防尘剂浸涂、干燥处理，得到中间体基材；然后，将所述中间体基材进行超热氢交联技术处理，在所述基材表面形成了防尘涂层；所述基材是表面粗糙度低于100nm的铝基材或不锈钢基材；所述防尘剂，按重量百分比计主要由以下原料制成：全氟硅烷1％～5％；硅烷偶联剂1％～2％；余量为无水乙醇。本发明专利技术防月尘材料通过在基材的表面形成一层含氟修饰涂层，含氟涂层降低了基材的表面能，减小了月尘和基材表面的范德华力，能有效阻止月尘在基材表面富集，可以保证探月装置元件的正常使用。

【技术实现步骤摘要】
一种防月尘材料及其应用
本专利技术涉及材料领域，具体涉及一种防月尘材料及其应用。
技术介绍
月球上覆盖了一层厚厚的月尘，是由流星装击月球表面形成的风化层，包含大量微米级和亚微米级的细小颗粒。这些细小的月尘颗粒有较高的比表面积和绝缘性，又在月球的高温、强辐射环境和各种接触、摩擦等的作用下，很容易带上电荷，表现很强的粘附力。如果这些月尘粘附或堆积在探月装置设备上，有可能损坏机械部件，堵塞传感器或降低光学仪器的精度，大幅度影响器件的光学性质，比如吸收率和发射率等，进而导致温度升高散热困难。其次月球尘埃棱角分明，会磨损宇航服和设备。因此，月尘是探月工程中最大的危害，给登月带来了许多困难。现有技术中，科研人员探索了许多中防月尘的方法，比如提高表面导电性或降低范德华力、物理振动、擦拭等方法；具体像刷子清扫法，利用刷子克服灰尘与光学表面间的附着力，使灰尘从光学表面脱离，但是这种方法需要宇航员的参与，浪费宇航员的时间，且清除效果难度较大；激光脉冲除尘法，当脉冲激光照射待清洁表面时，灰尘离子产生瞬间热膨胀，从表面弹射出，但是这种方法需要选择合适的参数，若参数设置不当可能会造成光学表面的膜层破坏。因此，开发出一种防月尘的材料从而保障着陆器和宇航服安全、有效地工作是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有技术中探月装置防月尘的方法存在需要宇航员参与除月尘工作，浪费宇航员的时间、月尘去除率低或破坏元件的风险等技术问题，提供了一种防月尘材料，该材料可以有效减少月尘堆积附着于材料表面，保证探月装置元件的正常使用，无需宇航员参与除月尘工作，从而减少了宇航员工作量，确保探月顺利进行。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种防月尘材料，包括基材和防尘涂层；所述防尘涂层是在所述基材表面形成的涂层；所述防尘涂层由以下方法形成的：将所述基材用防尘剂浸涂、干燥处理，得到中间体基材；然后，将所述中间体基材进行超热氢交联技术处理，在所述基材表面形成了防尘涂层；所述基材是表面粗糙度低于100nm的铝基材或不锈钢基材；所述防尘剂，按重量百分比计主要由以下原料制成：全氟硅烷1％～5％；硅烷偶联剂1％～2％；余量为无水乙醇。本专利技术提供的防月尘材料，基材选用表面粗糙度低于100nm的铝基材或不锈钢基材，然后将所述基材用防尘剂浸涂、干燥处理，超热氢交联技术处理，使得基材表面的涂层形成一种新的表面结构，通过分子自组装排列的方式形成一层单分子膜交联到基材表面所形成的一层含氟修饰涂层，含氟涂层降低了基材的表面能，减小了月尘和基材表面的范德华力，能有效阻止月尘在基材表面表面富集，其中防月尘的效果与基材表面的粗糙度、全氟硅烷的质量分数、防尘涂层形成过程等因素有着直接密切的关系，本专利技术通过控制不同的影响因素，制备出对月尘有很好防护作用的材料，可以保证探月装置元件的正常使用，无需宇航员参与除月尘工作，从而减少了宇航员工作量。进一步的，利用超热氢交联处理使得防尘剂通过分子自组装排列的方式形成一层单分子膜交联到基材表面而形成的涂层。进一步的，所述防月尘材料表面接触角大于120°，表面能小于22J/cm2。进一步的，所述全氟硅烷是三氯基全氟硅烷、三乙氧基全氟硅烷、三甲氧基全氟硅烷中的一种或几种。进一步的，所述防尘剂通过以下方法制备而成的：步骤1、按比例将全氟硅烷、硅烷偶联剂溶解于无水乙醇中，得到第一溶液；步骤2、将步骤1得到的第一溶液进行分散处理，得到防尘剂。分散处理可以让全氟硅烷、硅烷偶联剂均匀分散于无水乙醇中，有利于除尘涂层均匀的浸涂于基材上，有效发挥防月尘的作用。进一步的，所述步骤2中的分散处理是搅拌处理、超声波处理、旋转震荡处理中的一种或多种。进一步的，所述步骤2中，将步骤1得到的第一混合溶剂在4000r/min～6000r/min的转速下搅拌20min-60min后，再用超声波处理10min-40min，得到防尘剂。进一步的所述超声波处理过程中，超声波频率为20-60KHz。分散混合处理方法简单、可靠，得到的防尘剂溶液均匀分散，不会出现沉降现象。进一步的，所述全氟硅烷的重量百分比为1％～3.5％。优选地，所述全氟硅烷的重量百分比为2.0％～3.0％。专利技术人经过大量的实验研究发现，防尘剂中全氟硅烷的质量分数与防月尘效果有着直接密切的联系，研究发现全氟硅烷含量过少，月尘在基材表面的粘附力下降的少，不能有效阻止月尘在基材表面的富集，全氟硅烷含量过多的时候，月尘粘附力反而下降的少，本专利技术优选出所述全氟硅烷2.0％～3.0％，在此含量范围中，月尘粘附力更低，防月尘效果更好。进一步的，表面粗糙度低于100nm的铝基材或不锈钢基材是通过以下方法制得的：S1：将待处理铝基材或不锈钢基材表面进行机械抛光处理，得到第一基材；S2：将步骤1得到的第一基材进行电化学法抛光，得到表面粗糙度低于100nm的铝基材或不锈钢基材。研究发现普通的铝基材和不锈钢基材表面的粗糙度较高，只有一步机械抛光处理不能达到低于100nm的粗糙度，高于100nm粗糙度的基材镀上本专利技术的防尘剂防尘效果不佳，需要电化学法进一步的抛光处理，此方法操作简单。进一步的，所述S2中：以S1得到的第一基材为阳极，金属铜为阴极，浸入到电解槽的电解液中，通以直流电，在1～2A/cm2的电流密度下进行刻蚀120S～360S，得到表面粗糙度低于100nm的铝基材或不锈钢基材。进一步的，所述电解槽中的电解液是0.2-2mol/L的NaCl溶液。上述抛光处理方法，先将基材进行机械抛光预处理，可以使得基材的表面的杂质、灰尘被去除，表面粗糙度变得较小，之后再用电化学法进行抛光，产生有选择性的阳极溶解，使基材表面光亮度增大，达到镜面效果，粗糙度降为100nm以下。进一步的，所述S2中，得到的表面粗糙度低于100nm的铝基材或不锈钢基材形成的表面微纳结构为圆柱状，柱体直径10-30nm，间距小于100nm。进一步的，所述防尘涂层通过以下方法形成的：将所述基材置于所述防尘剂中静置至少2h，取出、干燥处理后得到中间体基材，将所述中间体基材进行超热氢交联技术处理，所述超热氢交联技术的工艺参数为：电压：100-300V，真空度：0.05-0.15Pa，功率：50-300W，处理时间：10-120s；在所述基材表面形成了防尘涂层。进一步的，静置2h～6h。研究发现基材在防尘剂中静置的时间过少，防尘涂层形成的效果不好，也会影响材料的防月尘效果。进一步的，干燥处理是将基材在100℃～200℃下干燥1～3小时。进一步的，所述干燥处理的设备为鼓风烘箱。本方法的另一目的提供了上述防月尘材料在探月航天设备、探测器、宇航车、宇航服中的应用。该材料制备方法简单，可以有效避免大量月尘堆积附着于材料表面，探月航天设备、探测器、宇航车、宇航服包含该防月尘材料，无需宇航员进行除月尘操作，可以保证探月装置元件的正常本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防月尘材料，其特征在于，包括基材和防尘涂层；/n所述防尘涂层是在所述基材表面形成的涂层；/n所述防尘涂层由以下方法形成的：将所述基材用防尘剂浸涂、干燥处理，得到中间体基材；然后，将所述中间体基材进行超热氢交联技术处理，在所述基材表面形成了防尘涂层；/n所述基材是表面粗糙度低于100nm的铝基材或不锈钢基材；/n所述防尘剂，按重量百分比计主要由以下原料制成：/n全氟硅烷1％～5％；/n硅烷偶联剂1％～2％；/n余量为无水乙醇。/n

【技术特征摘要】
1.一种防月尘材料，其特征在于，包括基材和防尘涂层；
所述防尘涂层是在所述基材表面形成的涂层；
所述防尘涂层由以下方法形成的：将所述基材用防尘剂浸涂、干燥处理，得到中间体基材；然后，将所述中间体基材进行超热氢交联技术处理，在所述基材表面形成了防尘涂层；
所述基材是表面粗糙度低于100nm的铝基材或不锈钢基材；
所述防尘剂，按重量百分比计主要由以下原料制成：
全氟硅烷1％～5％；
硅烷偶联剂1％～2％；
余量为无水乙醇。


2.根据权利要求1所述的防月尘材料，其特征在于，所述防月尘材料表面接触角大于120°，表面能小于22J/cm2。


3.根据权利要求1所述的防月尘材料，其特征在于，所述全氟硅烷是三氯基全氟硅烷、三乙氧基全氟硅烷、三甲氧基全氟硅烷中的一种或几种。


4.根据权利要求1所述的防月尘材料，其特征在于，所述防尘剂中，所述全氟硅烷的重量百分比为1％～3.5％。


5.根据权利要求4所述的防月尘材料，其特征在于，所述防尘剂中，所述全氟硅烷的重量百分比为2.0％～3.0％。


6.根据权利要求1所述的防月尘材料，其特征在于，所述防尘涂层通过以下方法形成的：将所述基材置于所述防尘剂中静置至少2h，取出、干燥处理后得到中间体基材，将所述中间体基材进行超...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵虹，王晓，王卫东，唐昶宇，朱应敏，高立波，
申请(专利权)人：中物院成都科学技术发展中心，
类型：发明
国别省市：四川;51