記者11月29日從中國科學技術大學了解到，該校俞書宏院士團隊受天然珍珠母“磚—泥”層狀結構的啟發，研製出一種新型航太器外層防護材料——聚酰亞胺—奈米雲母複合膜。這種新材料由於採用了獨特的倣生設計，其力學性能和空間極端環境耐受性均得到顯著提升，有望取代現有的聚酰亞胺基複合膜材料。該成果日前發表于《先進材料》上。
聚酰亞胺薄膜因其優異的力學性能、絕佳的熱穩定性和突出的耐化學性，成為太空探測器“防護服”的絕佳材料。然而，與其他碳氫聚合物一樣，該材料在太空環境中也極易受到原子氧攻擊，導致物理和力學性能急劇下降，目前還沒有很好的解決手段。此外，宇宙射線輻射和空間碎片撞擊等極端環境也對其穩定性提出嚴峻的考驗。
受天然珍珠母的“磚—泥”層狀結構啟發，科研人員利用前期開發的具有優異力學性能和紫外遮罩功能且可大規模製備的奈米雲母片作為構築基元，與聚酰亞胺前驅體共組裝得到聚酰亞胺—奈米雲母複合膜，利用雲母的優越本徵特性來彌補聚酰亞胺的不足。研究人員通過改變組分配比，借助噴塗與熱固化聯用法構築了具有雙層類珍珠層結構的聚酰亞胺—奈米雲母複合膜，使其頂層具有更緻密的奈米雲母片。這種設計策略不僅實現了材料力學性能的有效提升，而且使其上表面對原子氧、紫外輻射和空間碎片等具有更高的抵抗性能。
研究表明，這種新型倣生複合膜的拉伸強度、楊氏模量和表面硬度分別為125兆帕、2.2吉帕和0.37吉帕，比純聚酰亞胺膜分別高出45%、100%和68%。由於獨特的雙層類珍珠母結構以及雲母奈米片的固有性能，倣生複合膜的性能明顯優於純聚酰亞胺薄膜、單層類珍珠母結構的聚酰亞胺—雲母複合膜和以往報道的聚酰亞胺基複合材料。此外，其抗紫外線老化性和高溫穩定性也得到明顯提升。
這項研究提出的獨特雙層倣珍珠母結構設計策略，為設計構築其他高性能奈米複合材料提供了新思路。
