一种柔性透波防热散热薄膜的制备方法与流程

本发明涉及航天器热控制领域，具体涉及一种柔性透波防热散热薄膜的制备方法。

背景技术：

柔性热控薄膜材料由于其低廉的价格、易于生产、易于安装、重量轻，被广泛应用于各种航天器平台，其性能对维持航天器正常工作环境至关重要，典型的为航天器表面的星衣，即多层隔热组件，就是由多层柔性薄膜组合而成。

参考文献[1](normannan,shi；cheng-chia,tsai；fernando,camino；garyd,bernard；nanfang,yu；rüdiger,wehner；keepingcool:enhancedopticalreflectionandheatdissipationinsilverants,science,vols.349,issue6245,2015,pp:298-301)提供了一种散热防热薄膜，内部表面采用微球增加红外发射，以帮助散热而底部施加镀银层帮助反射太阳光；但因其底部加了镀银层，不具备透波性能。参考文献[2](a.p.raman,m.a.anoma,l.zhu,e.rephaeli,s.fan,passiveradiativecoolingbelowambientairtemperatureunderdirectsunlight.nature515,540–544(2014).medlinedoi:10.1038/nature13883)提供了一种纳米光学器件多层薄膜，但该多层薄膜工艺复杂，工艺成本高，大面积制造成本高且难度高。

而且两者的膜层防热散热原理都只利用了银蚁结构的红外散热原理，其反射可见光波段的太阳外热流的原理还未被充分利用，其反射仍需要通过镀金属层实现，薄膜中都有金属层的加入，不能用在天线系统上。而现有的星衣(及多层隔热组件)因其不具备透波性能也不能应用于天线表面。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述技术缺陷，提供了一种仿银蚁的柔性透波防热散热薄膜，其利用银蚁的反射太阳光的原理，将银蚁表面的宽频段反射太阳外热流的微纳结构仿生复制出来，可以用于天线表面的防热散热，进而达到良好的热控效果。

为实现上述目的，本发明提出了一种柔性透波防热散热薄膜的制备方法，所述方法包括：

通过银蚁生物模板翻模复模构筑pdms仿生阴模板，

在pdms仿生阴模板上涂抹胶液，制备出具有银蚁仿生结构的防热散热薄膜。

作为上述方法的一种改进，所述通过银蚁生物模板翻模复模构筑pdms仿生阴模板，具体包括：

将pdms预聚体与其交联剂按照10：1～5：1的质量比混合，室温下搅拌10min以上，配置pdms溶液；

将生物模板清洗干燥并固定在基板上；

将pdms溶液浇在生物模板上，抽真空20分钟-30分钟，去除内部气泡；

在65℃-75℃保温2h以上，使pdms溶液固化，然后用正己烷浸泡至其膨胀，将生物模板取出获得pdms仿生阴模板。

作为上述方法的一种改进，所述在pdms仿生阴模板上涂抹胶液，制备出具有银蚁仿生结构的防热散热薄膜，具体包括：

将sio2微颗粒和胶液按照质量比1：30～1：8进行混合，搅拌均匀；

将胶液浇筑在pdms仿生阴模板上，抽真空20分钟-30分钟，去除内部气泡；

静置60℃烘干，纯净热水浴脱模，得到具有银蚁仿生结构的防热散热薄膜。

作为上述方法的一种改进，所述胶液为聚酰亚胺、硅橡胶或f46材料。

作为上述方法的一种改进，所述在pdms仿生阴模板上涂抹胶液，制备出具有银蚁仿生结构的防热散热薄膜，具体包括：

将sio2微颗粒和sbs溶液按照质量比1：30～1：8进行混合，搅拌均匀；

将sbs溶液浇筑在pdms仿生阴模版上，放入通风柜中直至固化；

完全固化后，采用正己烷浸泡至其膨胀后脱模，得到具有银蚁仿生结构的防热散热薄膜。

作为上述方法的一种改进，所述在pdms仿生阴模板上涂抹胶液后还包括：在胶液上放置另一个倒置的pdms仿生阴模板。

本发明还提出了一种柔性透波防热散热薄膜，由上述的制备方法制备而成，所述柔性透波防热散热薄膜的一个表面具有毛层结构，其横截面是三角形，三角形两个侧边呈波纹形态，并以相同的方向覆盖在银蚁的体表，三角边长介于2～3μm，边上的波纹直径为100～300nm。

作为上述装置的一种改进，所述柔性透波防热散热薄膜上设置一层胶层，用于将薄膜粘贴在航天器表面上或结构支架上。

本发明还提出了另一种柔性透波防热散热薄膜，所述柔性透波防热散热薄膜两个表面均为毛层结构，其横截面是三角形，三角形两个侧边呈波纹形态，并以相同的方向覆盖在银蚁的体表，三角边长介于2～3μm，边上的波纹直径为100～300nm。

本发明的优势在于：

1、本发明利用银蚁依靠微纳毛层结构反射太阳光的原理，将银蚁表面的宽频段反射太阳外热流的微纳结构仿生复制出来，避免了金属层的使用，使得兼具防太阳光的性能的情况下具备良好的透波性能；

2、本发明的薄膜最大程度的利用银蚁的仿生微结构，在兼顾透波的同时可以具有良好的防热散热效果，也可通过对其微观结构的调控实现不同的热控效果；

3、本发明的薄膜兼顾透波防热散热性能，与星载天线可使用的防热透波泡沫材料相比具有更轻的重量、易于安装和减重。

附图说明

图1为本发明的柔性透波防热散热薄膜的制备过程的示意图；

图2为本发明的柔性透波防热散热薄膜的毛层结构示意图；

图3为箭蚁表层微结构复制的结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明。

撒哈拉银蚁在沙漠高温环境下仍能保持较低的温度进行活动，是基于其利用体表微观结构进行防热的结构防热光热学原理，仿照银蚁表层覆盖的毛层结构，结合透微波材料的使用，本发明在仿生的基础上提出了一种柔性透波防热散热薄膜，并提供了其制造方法，该薄膜可以应用在星载天线系统等系统上，具有宽频低太阳吸收比高红外发射的特点，也可以制造成胶带形式，方便使用。

仿银蚁结构具有复杂的微细深径比的结构，其制造实现是一个难点，仿银蚁结构的制造实现直接限制了它的应用开发和研究。通过生物模板翻模复模拼接为其制造提供了解决手段。直接翻膜复膜能更好的制造出防热仿生结构的复杂微观结构，采用其他制造方法无法直接制造出如此复杂的微观结果。

如图1所示，本发明提供了一种柔性透波防热散热薄膜的制备方法，该方法包括：

步骤1)通过银蚁生物模板翻模复模构筑pdms阴模板，具体包括：

将pdms预聚体与其交联剂按照10：1～5：1的质量比混合，室温下搅拌10min以上，配置pdms溶液；其中交联剂为市售的与pdms预聚体配套的固化剂。

将生物模板清洗干燥并固定在基板上；

将pdms溶液浇在生物模板上，抽真空20分钟-30分钟，去除内部气泡；

在65℃-75℃保温2h以上，使pdms溶液固化，然后用正己烷浸泡至其膨胀，将生物模板取出获得pdms仿生阴模板。

步骤2)在pdms仿生阴模板上涂抹胶液，制备出具有银蚁仿生结构的防热散热薄膜。

该步骤有两种实施方式：

方式1：

将sio2微颗粒和胶液按照质量比1：30～1：8进行混合，搅拌均匀；

将胶液浇筑在pdms仿生阴模板上，抽真空20分钟-30分钟，去除内部气泡；

静置60℃烘干，纯净热水浴脱模，得到具有银蚁仿生结构的防热散热薄膜。

胶液材料的选择，结合航天应用，如航天常用的抗辐照性能较好的聚酰亚胺材料或硅橡胶、f46材料、翻模复模中复型较好的sbs、noa61等材料复制银蚁表层结构，其中聚酰亚胺材料为航天工程中非常常用的材料，制成银蚁仿生胶带类组件有望大面积实施，具有广泛的应用前景。

方式2

将sio2微颗粒和sbs溶液按照质量比1：30～1：8进行混合，搅拌均匀；

将sbs溶液浇筑在pdms仿生阴模版上，放入通风柜中直至固化；

完全固化后，采用正己烷浸泡至其膨胀后脱模，得到具有银蚁仿生结构的防热散热薄膜。

根据航天热控样件测试的需要，也可对这种防热散热薄膜进行拼接形成较大面积后制造。

根据上述制备方法可制备出一种柔性透波防热散热薄膜，该柔性透波防热散热薄膜的一个表面具有毛层结构，其横截面是三角形，三角形两个侧边呈波纹形态，并以相同的方向覆盖在银蚁的体表，三角边长介于2～3μm，边上的波纹直径为100～300nm。如图2所示。

图3为以另一种高温沙漠环境下生存的箭蚁为模板进行了蚂蚁体表微结构的制造，以成本较为低廉的箭蚁为模板，通过翻模复模，已制备出了如图2所示的箭蚁表面复制结构。结果显示了蚂蚁毛层微结构的具有可复制性，可以制备出尺度1～2μm丝状毛类结构。

柔性透波防热散热薄膜上设置一层胶层，用于将薄膜粘贴在航天器表面上或结构支架上。

此外，本发明还可制备出上下表面均具有毛层结构的薄膜，其制备方法为：

在pdms仿生阴模板上涂抹胶液后，在胶液上放置另一个倒置的pdms仿生阴模板。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。