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为什么大多数太空任务都使用金箔?
聚酰亚胺,探测器,金箔为什么大多数太空任务都使用金箔?
发布时间:2016-12-08加入收藏来源:互联网点击:
我们知道不管是卫星还是月表的探测器,它们都是非常精密且珍贵的设备,要想在恶劣的太空环境中工作,就需要为它们提供完善的保护机制。在地球表面,由于大气层的存在,地表的任何物体都“浸在”空气中,空气本身作为一种传热介质,可以使其内部的物体均匀受热,而太空并不存在这种条件,由于缺少传热介质,太空中的卫星首先要面对的就是温控问题。
虽然太空的背景温度大约是-270摄氏度,但处于地球轨道的卫星在面对太阳的一侧,由于受到太阳直接照射的影响,该侧温度往往高达一百多摄氏度,而且由于太空中没有传热介质的存在,卫星的散热也是一个难点,仅能通过热辐射散热,卫星受到的这种高温足以影响到卫星内部电子元件的运行安全,那么有没有什么办法在隔绝卫星受到的热量呢?有,就是贴“金箔”。
其实卫星上贴的“金箔”是一种隔热材料,它既起到反射太阳辐射的作用,也起到隔绝热量的作用。虽然看起来“金灿灿”,但是这种“金箔”本身并不含有金子,它是聚酰亚胺和铝箔的复合体。聚酰亚胺本身是一种淡黄色物质,这也是这层薄膜金灿灿的原因。聚酰亚胺指主链上含有酰亚胺环(-CO-NH-CO-)的一类聚合物,是一种综合性能极佳的有机高分子材料,其可耐受四百度以上的高温,而且在-269℃的液氦中浸泡也不会脆裂,除此之外,聚酰亚胺还具有优良的机械性能和耐辐照性能以及介电性能,因此该物质也就变成了航天器绝热层的第一选择。
聚酰亚胺不仅在航天活动中有大量运用,在其他领域也有广泛的用途。得益于聚酰亚胺的优良自熄性和绝热性,聚酰亚胺可以用来加工成防火织物,用于火灾救援;聚酰亚胺在潮湿环境中会表现线性膨胀,以此可以用于湿敏传感器的制作;聚酰亚胺在光电行业和工程塑料行业也有大量应用。
感谢浏览。
回答于 2019-09-11 08:43:50
航天器上面包裹的金灿灿薄膜是什么
我们都知道航天器工作的太空环境很恶劣,没有大气保护的航天器材料每时每刻都接受着高能粒子与辐射,会使部件过早分解失效。
为应对太空环境,高分子研究人员研制出了出色的航天器外衣的材料:聚酰亚胺。
这种材料有着超强的耐热性能和超宽的温度使用范围。聚酰亚胺在-100℃到300℃的温度区间内,都能安全可靠地工作。它还拥有优秀的机械性能,在材料密度不到钢的六分之一,其抗拉强度达到100-400MPa之间,同时,它有抗氧化耐腐蚀能力,普通的有机溶剂无法造成伤害。
聚酰亚胺是采用高温热处理聚酰胺酸溶液(有机芳香四酸二酐和有机芳香二胺二者反应后形成),使聚酰胺酸脱水环化的方法合成。
聚酰亚胺复合多种材料,使其更适宜外太空环境
在航天领域,聚酰亚胺通常复合了金属材料。常见的与铝复合成MLI薄膜,之所以不用金银复合是因为铝更适合。下图原引[了不起的中国制造]图片。
相比于其他金属,铝在紫外到红外区域都拥有很高的反射率,而其他金属材料在这一波段范围都比较差。可以理解为反射率越高,就意味着能反射大部分能量,从而达到良好的隔热效果。
在特殊的工作波段需求,有的还是会考虑选择金、银等材料,不同的金属材料选择会使得最后的聚酰亚胺多层隔热。下图是我国使用银复合材料聚酰亚胺。
生活领域,聚酰亚胺也应用广泛
如在屏幕反光上,白色聚酰亚胺薄膜有着耐高温且能稳定光源反射。黑色聚酰亚胺薄则可以很好地为管线屏蔽干扰。
随之科学技术的发展,中国对聚酰亚胺生产及应用都有了很大的飞跃,相信在不久的将来,中国一定能取得世界瞩目的科技成果。
希望我的回答对你有所帮助。
回答于 2019-09-11 08:43:50
金箔乍一看好像是非常珍贵,而且价格也十分昂贵的金属,但其实不是这样的。它也被叫做“多层绝缘体“,或者随NASA叫它MLI也行。
MLI是一种由五种反射膜组成的多层但厚度不一的轻量级混合物。它们通常由聚酰亚胺或聚酯组成,外面再裹上一层薄薄的铝膜。它具体的成分还得看卫星轨道所在何处,飞行器欲往何处,隔绝层意欲保护何物,以及它将受多强烈的阳光照射。
卫星上的多层绝缘体主要被用来控制温度,以及保护那些处于太空极端温度下的脆弱的仪器。要知道,按惯例,太空中的温度可以从零下200华氏度飙升到300多华氏度,更不用说那些由内而发的超高温。
尽管MLI不能算一种特别优秀的绝缘体,在接近真空的太空中,辐射是主要的热传导方式,这么设计是为了把太阳辐射反射回太空。
MLI还提供了一层保护层,用来抵御灰尘的影响(特别是在月球和火星上时尤其重要)。它能够帮助保护脆弱的仪器和感应器们免受太空碎片微粒的伤害。
没错,MLI多层绝缘体。同理它也可以在地球上被用来隔绝超导磁体低温恒温器。
我们用铝,而不是金,来将温度降至绝对零度以上的4K。这一层铝薄到什么程度呢?如果你从一张通常由十层组成的箔纸中单拎出一层(这里说的十层中每一层都由涤纶网隔开),并且将它放在眼前,你的视线便可以轻而易举地穿过它看到别的东西(就像胶带纸那样)。
有趣的地方在于,如果你想将两张箔纸合为一张,你就得用铝聚酯磁带将A箔的第一层与B箔的第一层相连,同理A箔的第二层也必须与B箔的第二层想接,以此类推直到最后一层。这是因为每一层的热电势都是不同的,最外层的温度最高,之后随着层数的减少温度也跟着递减。所以如果第一层碰到了第十层,随之发生的我们叫热短路。
如果第一层,即最外层的辐射负荷量减少了百分之七十五,那么第二层剩余百分之二十五的热负荷也会减少百分之七十五,以此类推。正是因为这种递减效应,所以我们一般会使用二十层的箔纸。而且,低温恒温器置于真空中,线圈或结构与低温恒温器之间的空间尤为珍贵。
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