一种用于火星车电池板表面的防尘薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于火星车电池板表面的防尘薄膜及其制备方法，所述防尘薄膜包括打底层、过渡层、工作层和低粘附层；打底层位于电池板表面，过渡层、工作层和低粘附层依次往上设置；打底层为Si层；过渡层为Si和C，且过渡层从下往上Si的含量梯度变化，C的含量逐渐增大；工作层为及Si‑DLC；低粘附层为氟碳或氢氟碳化合物；所述制备方法为，首先对电池板表面进行清洗及处理；然后采用真空镀膜工艺在基体表面制备Si打底层；再通过工艺控制制备致密、光滑的过渡层及Si‑DLC工作层；最后对表面进行氟有机物修饰，降低表面能。采用本发明专利技术中的方法制备的防尘薄膜，不但光学性能优良，而且提高了电池板表面除尘性能，节省能量、成本低、操作简单。

【技术实现步骤摘要】
一种用于火星车电池板表面的防尘薄膜及其制备方法
本专利技术涉及表面防尘薄膜
，尤其涉及一种用于火星车电池板表面的防尘薄膜及其制备方法。
技术介绍
火星是太阳系由内往外数的第四颗行星，属于类地行星，表面基本上是沙漠行星，没有稳定的液态水体，以二氧化碳为主的大气既稀薄又寒冷，沙尘悬浮其中，每年常有尘暴发生。与地球相比，地质活动不活跃，地表地貌大部分有密布的陨石坑、火山与峡谷。地形特征是南北半球的明显差别：南方是古老充满陨石坑的高地，北方则是较年轻的平原，火星两极皆有主要以干冰组成的极冠，而且上面覆盖的干冰会随季节消长。火星探测装备要在极其恶略的火星表面登陆及长时间作业，除了自带能量，太阳能量吸收和转化效率十分关键。然而火星近地表面覆盖有一层粒径90％以上都小于50μm的尘埃，在高速气流及风暴作用下，火星尘会弥漫在空气中，风速下降时会沉降并粘附在电池板及机构表面，不但降低电池板输出功率，同时影响电池的散热性能，导致其性能降低。动力不足影响“登火”装备完成既定任务，亟待解决。太阳能电池板表面的污染物主要通过自然除尘、机械除尘、电帘除尘、纳米自清洁薄膜除尘。由于火星地表风速(大于30m/s时除尘效果较好)长时间无法达到除尘效果，导致自然除尘效果不理想；机械除尘因效率低、难维护，对电池板有损伤等难以推广；电帘除尘因额外耗电、成本高、技术成熟度低等未大面积推广；不论是机械除尘还是电帘除尘，都需要耗能。如果在太阳能电池板上覆盖一层纳米自清洁薄膜，则可以降低能耗，通过控制成膜粒径的大小，可以增加太阳光的透过率。纳米自清洁薄膜具有能耗少，甚至增透的优点，是未来解决“登火”装备表面除尘的有效途径之一。
技术实现思路
针对上述存在的问题，本专利技术旨在提供一种非金属Si、F掺杂的透明、自清洁的纳米类金刚石涂层，主要采用真空镀膜工艺，通过控制工艺参数，在电池板表面制备多层梯度薄膜，该薄膜不但不影响电池板光学性能，还可以有效地降低颗粒物的粘附，提高了光电转换效率，节约本体能源消耗，降低生产成本。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种用于火星车电池板表面的防尘薄膜，其特征在于：包括打底层、过渡层、工作层和低粘附层；所述打底层位于电池板组件表面，所述过渡层、工作层和低粘附层依次往上设置；所述打底层为Si层；所述过渡层为Si和C，且所述过渡层从下往上Si的含量梯度变化，C的含量逐渐增大；所述工作层为Si-DLC；所述低粘附层为氟碳或氢氟碳化合物。进一步的，所述打底层的厚度为10-50nm，所述过渡层的厚度为10-50nm，所述工作层的厚度为10-100nm，所述低粘附层的厚度为10～100nm。优选的，所述打底层的厚度为20nm，所述过渡层的厚度为15nm，所述工作层的厚度为80nm，所述低粘附层的厚度为50nm。进一步的，一种用于火星车电池板表面的防尘薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，S1：电池板表面清洁处理；S2：在清洁后的电池板组件表面制备Si打底层；S3：在打底层表面制备Si和C的过渡层；S4：在过渡层表面制备Si-DLC的工作层；S5：在工作层表面制备氟碳或氢氟碳化合物的低粘附层。进一步的，步骤S1的具体操作包括，对电池板组件表面依次使用酸洗、碱洗、酒精和丙酮混合液超声清洗，去除电池板组件表面的污渍，将清洁后的电池板组件装入真空镀膜室内旋转架上。进一步的，所述酸洗采用20％体积分数的硫酸或者盐酸溶液，所述碱洗采用20％体积分数的氢氧化钠或碳酸钠溶液，所述酒精和丙酮混合液中酒精和丙酮的体积比为1:1。进一步的，步骤S2的具体操作包括，S21：当真空镀膜室内真空度低于10-3pa时，通入15sccm的氩气，开通所有靶材电源及电压，在电流强度为0.1-2A，偏压为200-1000V条件下，对靶材及电池板组件表面进行等离子清洗；S22：关闭其他靶，控制Si靶电流为0.2A-1A，偏压120～200V，在电池板组件表面沉积Si打底层。进一步的，步骤S3的具体操作包括：控制偏压不变，将Si靶电流逐渐调整到Si靶电流设定值，同时，将C靶电流从0逐渐增大到C靶电流设定值，实现Si和C成分梯度过渡；所述Si靶电流设定值与C靶电流设定值均在0A-1A范围内。进一步的，步骤S4的具体操作包括：固定Si靶电流为Si靶电流设定值，固定C靶电流为C靶电流设定值，固定基片偏压不变，保证Ar气流量不变，在过渡层表面沉积致密、光滑的Si-DLC涂层。进一步的，步骤S5的具体操作包括：关闭所有靶材电流，向真空镀膜室内通入流量为5～20sccm的氟碳或氢氟碳化合物，对工作层表面进行氟刻蚀2～15min。本专利技术的有益效果是：本专利技术的防尘薄膜采用纯硅做打底层，可以缓解电池板与DLC涂层内应力较大而脱落的问题；工作层掺入一定量的硅元素可以促进层状碳原子(sp2键)向四面体结构(sp3键)的转化，减小薄膜层间内应力，提升薄膜透光性能；表面进行透明疏水氟修饰，能够降低表面能，减小异物粘附性能。附图说明图1为本专利技术防尘薄膜结构示意图。图2为本专利技术实施例1至实施例4中不同防尘薄膜紫外-可见光透射谱图。图3为本专利技术中不同氟刻蚀时间的防尘薄膜平放时表面涂粉情况对照图。图4为本专利技术中不同氟刻蚀时间的防尘薄膜倾斜时表面粉末自动滑落情况对照图。其中：1-电池板组件，2-打底层，3-过渡层，4-工作层，5-低粘附层。具体实施方式为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的描述。参照说明书附图1所示，一种用于火星车电池板表面的防尘薄膜，包括打底层2、过渡层3、工作层4和低粘附层5；所述打底层2位于电池板组件1表面，所述过渡层3、工作层4和低粘附层5依次往上设置；所述打底层为Si层；所述过渡层为Si和C，且所述过渡层从下往上Si的含量梯度变化，C的含量逐渐增大；所述工作层为Si-DLC；所述低粘附层为氟碳或氢氟碳化合物。进一步的，所述打底层的厚度为10-50nm，所述过渡层的厚度为10-50nm，所述工作层的厚度为10-100nm，所述低粘附层的厚度为10～100nm。优选的，所述打底层的厚度为20nm，所述过渡层的厚度为15nm，所述工作层的厚度为80nm，所述低粘附层的厚度为50nm。优选的，所述Si层可选用纯Si或者SiO2，优选为纯Si；所述氟碳或氢氟碳化合物选用CF4或CHF3。进一步的，一种用于火星车电池板表面的防尘薄膜的制备方法，如以下实施例所述。实施例1：一种用于火星车电池板表面的防尘薄膜的制备方法，包括以下步骤，S1：电池板表面清洁处理：具体的，采用20％体积分数的硫酸(可滴入2％的表面活性剂)对电池板组件进行酸洗20min，然后再放入10％体积分数的氢氧化钠溶液中碱洗20min本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于火星车电池板表面的防尘薄膜，其特征在于：包括打底层、过渡层、工作层和低粘附层；所述打底层位于电池板组件表面，所述过渡层、工作层和低粘附层依次往上设置；/n所述打底层为Si层；所述过渡层为Si和C，且所述过渡层从下往上Si的含量梯度变化，C的含量逐渐增大；所述工作层为Si-DLC；所述低粘附层为氟碳或氢氟碳化合物。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于火星车电池板表面的防尘薄膜，其特征在于：包括打底层、过渡层、工作层和低粘附层；所述打底层位于电池板组件表面，所述过渡层、工作层和低粘附层依次往上设置；
所述打底层为Si层；所述过渡层为Si和C，且所述过渡层从下往上Si的含量梯度变化，C的含量逐渐增大；所述工作层为Si-DLC；所述低粘附层为氟碳或氢氟碳化合物。


2.根据权利要求1所述的一种用于火星车电池板表面的防尘薄膜，其特征在于：所述打底层的厚度为10-50nm，所述过渡层的厚度为10-50nm，所述工作层的厚度为10-100nm，所述低粘附层的厚度为10～100nm。


3.根据权利要求2所述的一种用于火星车电池板表面的防尘薄膜，其特征在于：所述打底层的厚度为20nm，所述过渡层的厚度为15nm，所述工作层的厚度为80nm，所述低粘附层的厚度为50nm。


4.如权利要求1-3任一项所述的一种用于火星车电池板表面的防尘薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1：电池板表面清洁处理；
S2：在清洁后的电池板组件表面制备Si打底层；
S3：在打底层表面制备Si和C的过渡层；
S4：在过渡层表面制备Si-DLC的工作层；
S5：在工作层表面制备氟碳或氢氟碳化合物的低粘附层。


5.根据权利要求4所述的一种用于火星车电池板表面的防尘薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S1的具体操作包括，对电池板组件表面依次使用酸洗、碱洗、酒精和丙酮混合液超声清洗，去除电池板组件表面的污渍，将清洁后的电池板组件装入真空镀膜室内旋转架上。


6.根据权利要求5所述的一种用于火星...

【专利技术属性】
技术研发人员：何光宇，冯锋，杨竹芳，康进兴，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61