二氧化硅颗粒具有高介电特性以及对各种外部环境(机械、热、电磁和腐蚀性介质)具有耐受性,因此被广泛应用于各个科技领域,用二氧化硅颗粒研制防辐射涂层被认为是一个有前途的研究方向,因为二氧化硅颗粒具有间隙大和反射率高的特性,这决定了太阳辐射吸收系数(αs)的最低值。在外太空因素的影响下,此类材料的光学性能会因其缺陷而发生变化。在其基础上制成的涂层对太阳能的吸收系数将增加,可能会导致航天器温度发生变化,也可能会导致电子设备运行故障。解决此问题的方案为用中空二氧化硅颗粒研制防辐射涂层。这种纳米结构可以同时拥有微米和纳米材料的全部特性。
通过把50%(体积)的SiO2颜料粉末与50%(体积)的有机硅清漆混合来制备涂层。中空二氧化硅颗粒可在溶液中进行合成,添加聚苯乙烯珠、乙醇、蒸馏水、氨溶液和四乙氧基硅烷,体积比为:5:40:10:5:1,然后在200℃、300℃和500℃的温度下进行三个阶段热处理。最后可形成白色流动性粉末。
从获得的250-2500nm硅有机清漆粘合剂微球基涂层和微球基涂层的漫射反射光谱来看,微球基涂层在光谱可见区的反射系数最小,比中空颗粒(微球)涂层低5-10%左右。在近红外区域,微颗粒涂层的反射系数高达30-35%,比微球涂层的反射系数高出3%。在250纳米区域,两种样品的反射系数大致相同,为8%。涂层光谱中有许多吸收系数峰值,既有近紫外和可见光区域,也有近红外区域。近紫外光谱区域的变化是因为粉末色素的光学性质,近红外区域的变化是因为粘合剂的特殊性。
太阳辐射吸收系数变化Δαs的计算结果表明(表1)基于二氧化硅微球的涂层具有最高的抗辐射性。质子辐照后(Е=100 кэВ, Ф=5·1015 cм-2),二氧化硅微粒涂层的Δαs最大值为0.144。对于带有微球的涂层,该系数值低于16%。电离辐射后,在Ф=2·1016 cм-2和Ф=5·1016 cм-2下,二氧化硅微粒涂层的Δαs也达到了最大值。对于基于微粒的涂层,Δαs的值随着能量密度的增加而增加,增加了32.6%。用于基于中心二氧化硅颗粒的涂料增加了37.3%。在Ф=2·1016 cм-2时,二氧化硅微球涂层的Δαs值比微粒涂层低34%,而在Ф=5·1016 cм-2时,Δαs值低于40.5%。
表1-基于二氧化硅微粒和微球的涂层在质子和电子辐照后太阳辐射综合吸
收系数的变化。误差Δαs ± 0.002

开发的反射涂层可用于空间技术,用于开发新的热控制涂层,以便在航天器长时间运行期间保持其热状态。它们也可以作为暴露在电离辐射下的隔热材料应用于建筑业中。中空二氧化硅颗粒防辐射涂层所产生的作用包括延长航天器的使用寿命,并保护航天器其他设备、组件和节点的正常工作。但是其商业化价值并不高,因为航天技术材料只能由专门的工业企业提供。


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