碳纳米管低轨道空间环境下性能损伤机理研究
结题报告
批准号:
51902026
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
17.0 万元
负责人:
李蔓
学科分类:
E0203.碳素材料与超硬材料
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
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中文摘要
碳纳米管具有独特的光学、电学、力学等物性,已经在许多领域显示出非常广阔的应用前景。近年来,碳纳米管在航天领域应用得到越来越多的重视,但是要实现航天应用,首先必须知道碳纳米管在空间环境下的性能变化情况,分析碳纳米管的空间环境适用性。目前,国内外对碳纳米管低轨道空间环境耐受性的研究尚属初级阶段。. 本项目针对典型空间环境因素,开展碳纳米管在低轨道空间环境下的性能损伤机理研究,建立其性能演化规律模型,从分子层次探讨纳米尺度材料空间环境效应基础理论,分析碳纳米管在空间环境下的稳定性,为碳纳米管在空间技术领域应用奠定基础。项目组长期从事航天器材料空间环境效应方面的研究工作,近年来致力于促进碳纳米管在空间技术领域应用研究,具备完成该项目的理论和工作基础。
英文摘要
Due to their unique optical, electrical and mechanical properties, carbon nanotubes are proposed to have great potential applications in many fields. Recently, more and more concerns have been focused on the application of carbon nanotubes in space technology. However,before the application of carbon nanotubes in space technology, a better understanding of carbon nanotubes's property.evolution and applicability in space environment. Recently, the research of property degradation of carbon nanotubes in LEO space environment is still in the initial stage. .The purpose of this program is to evaluate the property degradation of carbon nanotubes in LEO space environment and establish property evolution models, aiming at typical space environmental factors. The space environment effect theory on nano-scale materials will be established base on molecule level.The stability of carbon nanotubes in space environment will be researched. It will be great helpful to establish the basis of applications of carbon nanotubes in space technology. Project team has long been engaged in spacecraft materials research in space environment. In recent years, we work hard at promoting the applications of carbon nanotubes in space technology and have the theory foundation to finish this program.
本项目重点研究了碳纳米管在低轨道空间环境下的性能损伤和失效机理。首次通过纳米表征技术手段对碳纳米管材料空间紫外辐射性能退化机理进行研究。研究了碳纳米管材料在空间原子氧环境下的行为特点,研究其环境效应产生的本质原因,首次建立了碳纳米管材料的原子氧剥蚀率计算方法。对于研究碳纳米管材料的原子氧效应,传统利用质损计算原子氧剥蚀率的方法不再适用。利用SEM,从碳纳米管被剥蚀长度来获取剥蚀率成为表征碳纳米管原子氧效应的正确方法。此外,利用RAMAN对碳纳米管分子振动进行表征,可以获得碳纳米管在原子氧作用过程中的分子结构改变情况。同时,在原子氧环境下,碳纳米管会因轰击效应造成碳纳米管本身结果以及碳纳米管阵列结构的改变,也会因为氧化效应造成材料的剥蚀。说明碳纳米材料与其他碳材料一样,不具备像金属材料一样良好的抗原子氧性能。但是同一个阵列样品中,碳纳米管形态、结构等并不相同,有的抗原子氧能力较强、有的较弱。总体来说,晶体结构更加完美的碳纳米管抗原子氧效应更强。而原子氧由于撞击过程中存在反射现象,可以发生多次撞击,其撞击效应导致碳纳米管阵列出现层状等现象。及原子氧的撞击不仅对单根碳纳米管有作用,而且对整个阵列的形貌也产生巨大影响。.研究结果排除了紫外对碳纳米管的影响,确定了原子氧是碳纳米管在低轨道空间环境下性能变化的主要原因,揭示了碳纳米管在低轨道空间环境下的失效机理,突破了碳纳米管原子氧效应评估等关键技术,构建了碳纳米管在原子氧作用下的性能退化规律,为碳纳米管材料在空间环境探测、空间环境防护等领域应用奠定基础。 .本项目研究成果从长期看,可以为发展碳纳米相关材料的空间应用提供环境效应参考。现阶段,利用该效应正在研发基于碳纳米材料的原子氧探测器,可以用于长时间低轨道原子氧环境的探测。
期刊论文列表
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The Influence of the Density of CNT Arrays on Their Atomic Oxygen Erosion Effects
碳纳米管阵列密度对其原子氧侵蚀效应的影响
DOI:10.1088/1742-6596/1948/1/012209
发表时间:2021
期刊:Journal of Physics: Conference Series
影响因子:--
作者:Man Li;Yuming Liu;Yu Li;Qiang Yu;Yongtai Zhang;Chong Liu
通讯作者:Chong Liu
DOI:10.1051/e3sconf/202126801065
发表时间:2021-06
期刊:E3S Web of Conferences
影响因子:--
作者:Man Li;Yuming Liu;Naiyuan Cui;Qiang Yu;Yu Li;Yongtai Zhang
通讯作者:Yongtai Zhang
DOI:10.1016/j.powtec.2020.05.055
发表时间:2020-06
期刊:Powder Technology
影响因子:5.2
作者:Tianxiang Ding;Zongquan Deng;Xuyan Hou;Yuming Liu;Yufei Liu;Man Li;Meng Li
通讯作者:Meng Li
DOI:10.1155/2020/2370385
发表时间:2020-05
期刊:International Journal of Aerospace Engineering
影响因子:1.4
作者:Tianxiang Ding;Xuyan Hou;Man Li;Guangyu Cao;Jixuan Liu;Xianlin Zeng;Zongquan Deng
通讯作者:Zongquan Deng
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