课题基金 / 基金详情

透明聚碳酸酯(PC)航天面窗月尘粘附机制和电帘除尘

批准号:
12072325
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
刘春太
依托单位:
学科分类:
材料和结构的优化设计、制造与可靠性
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘春太

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
随着我国进入载人登月战略,月尘防护成为长期月面作业需解决的最大挑战之一。由流星、微陨石撞击、宇宙射线照射等形成的带静电月尘,会强烈黏附在暴露的透明航天面窗上,刮擦、刻蚀和涂层破环会直接造成视野破环、甚至会影响航天员生命。项目组前期已完成各类面窗的研制,本项目将利用中科院贵阳地球化学研究所提供的合成月尘,基于电帘除尘(EDS,Electrodynamic Dust Shields)理念,在曲面透明聚碳酸酯(PC)面窗表面上构筑系列的平行电极,施加交流电压(AC)产生电场行波,实现带电月尘在库仑力和介电泳力作用下除尘。项目将重点研究月尘与PC表面黏附接触力学行为;探索适合于PC特性的表面可嵌入电极材料(如银纳米线),构筑具有复杂曲面的透明电帘;研究月尘在交变电场中受力和跃迁机理,以及电帘除尘效率与耐久性等,目的是为我国航天面窗除尘技术提供一定的理论支撑和可行性解决方案。
英文摘要
With the launch of China's manned space mission to the moon, the dust problem has become one of the biggest challenges to be solved in long-term lunar surface operations. By meteor, micrometeorite impact, cosmic ray irradiation and so on the formation of charged lunar dust , strongly adhere to the exposed transparent spacesuit visors, physical wear and abrasion will directly cause obscuration, and even affect the lives of astronauts. In our early work, we have developed the various kinds of spacesuit visors. Using synthesized lunar dust (provided by the institute of geochemistry, Chinese academy of sciences of Guiyang), this project will base on the EDS (Electrodynamic Dust Shields) concept, build a series of parallel electrodes on the surface of transparent polycarbonate (PC) spacesuit visors. By applying AC power, charged lunar dust will undergo Coulomb force and electrophoresis force to be shifted away from the surface. This project will focus on the contact&adhesion mechanisms between lunar dust and PC surface. To explore the surface embeddable electrode materials (such as silver nanowires) suitable for PC characteristics, and to construct a transparent electric curtain with complex curved surface, this work will studies the levitation and transport mechanism of lunar dust in alternating electric field, as well as the dust mitigation efficiency and durability of electric curtain, etc., in order to provide certain theoretical support and feasible solution for dust mitigation technology of China's spacesuit visors.
随着我国进入载人登月战略,月尘防护成为长期月面作业需解决的最大挑战之一。带静电月尘会强烈黏附在暴露的透明航天面窗上,刮擦、刻蚀和涂层破环会直接造成视野破环、甚至会影响航天员生命。本项目目的是基于电帘除尘(EDS, Electrodynamic dust shield)理念,在曲面透明聚碳酸酯(PC)面窗表面上构筑系列的平行电极,施加交流电压(AC)产生电场行波,实现带电月尘在库仑力和介电泳力作用下除尘。项目重点研究月尘与PC表面黏附力学行为;探索适合于PC特性的表面可嵌入电极材料构筑具有复杂曲面的透明电帘;研究月尘在交变电场中受力和跃迁机理等。经过四年的研究,项目组基于EDS原理,在透明PC表面制备了掩膜,结合气相沉积技术,成功构筑以金为电极材料的回字形电帘,研究和揭示了不同尺寸电帘结构对PC透光率影响;自主搭建了电帘除尘检测平台,开展了低压(90~190 V)和高压(大于200 V)月尘的跃迁行为,研究发现:在低压范围内,具有明显的月尘跃迁现象,月尘垂直于电极方向运动,跃迁的月尘尺寸在30~100 μm,但纳米级别的月尘跃迁的不够;而在高压范围内,能够实现纳米级别的月尘跃迁,但易造成易发生电帘击穿,造成电极损坏。理论分析发现明界面粘附而非重力是电帘除尘首要考虑的因素。项目还重点开展了面向月尘防护的宇航服外层面料的功能化修饰,针对当前我国宇航服外层面料为芳纶1313(PMIA),通过浸渍涂覆导提高其导电性和抗静电性能,并在导电涂层上制备超疏水保护层,降低表面能,最终获得具有抗静电低表面能的PMIA织物。研究发现修饰后的PMIA体积电阻率均远小于抗静电所需最小电阻(106 Ω·m),同时对月尘模拟物均具有自清洁能力。项目共发表第一标注学术论文24篇,申请和授权发明专利2项,参加国际学术并做会议报告2次,组织了1次国际学术研讨会,培养博士1人、硕士5人,项目部分成果获得2022年度河南省自然科学二等奖。项目成果为我国登月航天面窗和航天服除尘技术提供一定的理论支撑和可行性解决方案。
透明聚碳酸酯(PC)航天面窗月尘粘附机制和电帘除尘
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    62万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    刘春太
  • 依托单位:
石墨烯/热塑性聚氨酯(TPU)导电复合材料的力-电行为研究
  • 批准号:
    11572290
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    刘春太
  • 依托单位:
透明聚碳酸酯注塑结构件成型-服役性能的数值和实验研究
  • 批准号:
    11172271
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    刘春太
  • 依托单位:
注塑模CAE软件Z-MOLD的集成化研究
  • 批准号:
    10872186
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    35.0万元
  • 批准年份:
    2008
  • 负责人:
    刘春太
  • 依托单位:
国内基金
海外基金