[发明专利]宇航级聚酰亚胺分散液晶电控薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一类含有高性能Kapton型聚酰亚胺的聚合物分散液晶(PDLC)薄膜，属于光电材料领域。

背景技术

深空探测意义重大，可以进一步解答地球如何起源与演变、行星和太阳系究竟是如何形成和演化、人类是不是宇宙中唯一的生命、地球的未来将如何等一系列问题，同时有利于人类积极开发和利用空间资源。

如何将深空探测器精确地运送到遥远太空中的指定位置仍然是目前阻碍深空探测发展的主要问题。著名天文学家开普勒在400年前曾设想不要携带任何能源，仅仅依靠太阳光能就可使宇宙帆船驰骋太空。1924年，俄国航天事业的先驱康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基和其同事弗里德里希·灿德尔明确提出“用照到很薄的巨大反射镜上的阳光所产生的推力获得宇宙速度”。随后科学家灿德尔提出了太阳帆——一种包在硬质塑料上的超薄金属帆的设想。太阳帆是人类最伟大的发明之一。迄今为止，人类均以火箭作航天器的动力，火箭需消耗燃料以及助燃的氧，无论携带多少终将耗尽，因而人类能够在宇宙中遨游的范围极为有限。如果能够成功地利用诸如太阳这样的恒星发出的光作为动力，那么将有可能最终解决宇宙航行的能源问题。太阳帆的诞生将有可能完成该使命。

目前，美国、俄罗斯和日本等国家都在尝试发射太空帆。但只有日本发射的太空帆成功展开并扬帆启航。日本宇航探索局于2010年5月21日成功发射了命名为“伊卡洛斯(IKAROS)”的太阳帆。太阳帆成功展开了对角线长20米，厚7.5微米的聚酰亚胺帆板，依靠太阳光子产生的光压获得加速度。控制人员通过开、关液晶定向膜，改变帆板的反射系数来控制飞行器的姿态。2010年7月23日，人类首次通过改变太阳帆面的液晶定向膜的反射率成功控制太阳帆的飞行姿态。这种液晶定向膜是一种以聚酰亚胺为基体的聚合物分散液晶膜。太阳帆因其利用太阳光节约能源的优点成为航天研究的热点。目前，国内对太阳帆的研究还处于起步阶段，其中控制太阳帆定向运动的定向膜是研究的关键。因此，研究以聚酰亚胺为基体的聚合物分散液晶膜是国内成功运用太阳帆的基础。

聚合物分散液晶薄膜是一种新型液晶功能膜材料，在大尺寸柔性显示器件、非线性光学材料、电控智能玻璃、选择透过性膜、热敏器件、液晶光栅、全息薄膜、光开关等方面表现出极大的应用前景。PDLC材料在应用器件开发和基本原理研究两方面都极具魅力，因而成为液晶材料领域中十分活跃的研究前沿。但是，因为聚合物基体大多是聚丙烯酸酯，环氧树脂和硫醇类，其综合性能比如耐高低温，化学稳定性，机械强度和抗辐照性能等不能满足太空恶劣环境的要求，因此只能用作民用产品，不能应用在航天领域。聚酰亚胺因具有耐高低温、高强度与高模量、低热膨胀系数和介电常数、优异的绝缘性能以及耐辐照性等优异性能而被广泛地应用于航天、军事、电气电子等工业领域。因此，研究聚酰亚胺PDLC薄膜刻不容缓，是国内成功运用太阳帆的基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一类能够应用在航天领域的太阳帆定向膜(聚酰亚胺PDLC膜)，用此方法制备的PDLC薄膜因聚酰亚胺优异的综合性能-耐高低温、高强度与高模量、低热膨胀系数和介电常数、优异的绝缘性能以及耐辐照性等，可以满足深空的恶劣环境，进而应用在航天领域。本发明涉及到的两种聚酰亚胺分子结构式如下：

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

宇航级聚酰亚胺分散液晶电控薄膜上下两层为导电膜，中间填充聚合物基体和液晶的混合物；所述的导电膜为Kapton型聚酰亚胺薄膜，所述的聚合物基体为含氟聚酰亚胺，其中液晶占混合物的质量分数为40％-90％；所述的混合物为含氟聚酰亚胺与液晶的混合物。所述的液晶采用SLC1717，所述的电控薄膜厚度为10-40微米。

宇航级聚酰亚胺分散液晶电控薄膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、将含氟聚酰亚胺与液晶按一定的比例进行混合，将混合物放入离心管中，用四氢呋喃低沸点溶剂进行溶解，混合均匀后，进行干燥，确保溶剂完全挥发；其中液晶占混合物质量分数的40％-90％；

步骤二、将挥发后的混合物加热至熔融状态，在保温状态下，将一定厚度的混合物涂于导电Kapton型聚酰亚胺膜上，然后盖上另一层导电Kapton型聚酰亚胺膜；以0.5℃/min-80℃/min的冷却速度，将其冷却至室温，形成聚酰亚胺分散液晶电控薄膜。

所述的一定厚度控制在10-40微米之间。