우주 보호의 모조 나노 복합막이 중요한 진전을 거두다

 

 

그림1. 폴리아미드-나노 암모 모조 복합막 제조 과정 설명도와 그 미시적 구조, 기계적 성능과 원자산소 내수성

 

최근 중국 과대 유서홍 원사팀은 우주 보호 응용을 위한 신형 폴리아미드-나노 운모 복합막 재료를 개발했다. 이 재료는 독특한 모방 디자인을 사용하여 역학적 성능과 공간 극단적인 환경의 내구성을 모두 현저하게 향상시켰다.연구원들은 천연 진주모의'벽돌-진흙'층상 구조의 계발을 받아 이중류 진주층 구조를 가진 폴리아미드-운모 나노 복합막을 교묘하게 설계하여 구축하여 그 위에 더욱 치밀한 운모 나노 조각을 분포하게 했다. 운모의 본징 속성과 가장 구조 단원의 장점을 빌려 재료 역학 성능을 효과적으로 향상시키는 동시에 그 위에 원자산소, 원자산소,자외선과 공간 파편 등 저항력도 눈에 띄게 향상됐다.이 연구 성과는 "Double-Layer Nacre-Inspired Polyimide-Mica Nanocomposite Films with Excellent Mechanical Stability for LEO Environmental Conditions'라는 제목으로 국제 저널 어드밴스드 머티리얼즈에 실렸다.우리 학교 특임 부연구원인 반효봉과 박사과정 우바오가 논문의 공동 제1저자이고 고회령 부연구원과 유서홍 교수가 통신작가이다.

 

연구진은 이들이 초기에 개발한 우수한 역학적 성능과 자외선 차단 기능을 갖춘 거대한 양의 운모 나노필름(Nat. Commun. 2018, 9, 2974)을 구조 기원으로 삼아 폴리아미드 전구체와 함께 조립하여 폴리아미드-운모 나노 복합막을 얻어 운모의 우수한 본징 특성을 이용하여 폴리아미드의 부족함을 보완했다.기존의 진주층 나노 복합막을 모방한 단층 구조 디자인과 달리 이 연구에서 연구원들은 그룹의 분배비를 바꾸어 도포와 열경화연용법을 빌려 이중류 진주층 구조를 가진 폴리아미드-운모 나노 복합막을 구축하여 그 꼭대기에 더욱 치밀한 운모 나노 필름을 가지게 했다(그림1a-f).이런 설계 전략은 재료 역학적 성능의 효과적인 향상을 실현할 뿐만 아니라 상표면이 원자산소, 자외선 복사와 공간 파편 등에 대해 더욱 높은 저항 성능을 가지도록 한다.

 

연구에 따르면 이런 신형 모조 복합막의 당김 강도, 양씨모양과 표면 경도는 각각 125MPa, 2.2Gpa와 0.37Gpa로 순수한 폴리아미드막보다 각각 45%, 100%와 68%(그림1g) 높았다.독특한 이중류 진주모 구조와 운모 나노편의 고유한 성능 장점으로 인해 얻은 이중 폴리아미드-운모 복합막은 더욱 우수한 원자산소 내수성(침식률 ≈0.17×10-24cm-3 atoms-1)은 순수한 폴리아미드 필름, 단층류 진주모 구조의 폴리아미드-운모 복합막과 이전에 보도된 폴리아미드 기 복합재료보다 현저히 우수하다.또한 자외선 노화 방지성(313nm)이 고온 안정성(380oC)에 비해 순수 PI막도 눈에 띄게 향상됐다.

 

이중류 진주모 구조를 가진 폴리아미드-운모 나노 복합막은 기존의 폴리아미드기 복합막 재료를 대체하여 효과적인 신형 우주선 외층 보호 재료로 저궤도 환경에 쓰일 전망이다.이 연구에서 제시한 독특한 이중 진주모 구조 설계 전략도 다른 고성능 나노 복합재료를 설계하고 구축하는 데 새로운 방향을 제공했다.

 

이 연구는 국가자연과학기금 혁신연구단체 지원 프로젝트, 국가자연과학기금 중점 프로젝트, 중과원 최첨단 중점 프로젝트, 중앙대학교 기본과학연구업무비 전문 기금, 안휘성 대학교 협동혁신 프로젝트와 중과대 동시방사능연합기금의 지원을 받았다.