一种抗带电粒子辐照的密度梯度型高储氢复合膜层及其制备方法技术

一种抗带电粒子辐照的密度梯度型高储氢复合膜层及其制备方法，属于航天器结构功能材料领域。本发明专利技术要解决航天器结构功能材料的防辐射性能差的技术问题。本发明专利技术采用原子层沉积技术在钴‑硫金属化合物表面沉积ZnO薄膜，再通过高能球磨技术制备高储氢钴‑硫金属化合物，并将其与树脂材料复合，构筑一种具有密度梯度分布的复合膜层结构。其中氢对于韧致辐射有一定的消减作用，而树脂具有较大的密度，能够有效抵挡高能粒子的辐射，通过不同密度材料的彼此复合，有利于提高储氢材料与基体的结合能力，实现空间抗辐射加固。

【技术实现步骤摘要】
一种抗带电粒子辐照的密度梯度型高储氢复合膜层及其制备方法
本专利技术属于航天器结构功能材料领域；本专利技术涉及一种抗带电粒子辐照的密度梯度型高储氢复合膜层及其制备方法。
技术介绍
航天器在轨期间要承受宇宙空间真空、冷热循环、紫外和高能粒子辐照等环境考验，尤其是高能粒子能够穿透航天器蒙皮导致电子元器件的性能退化，可靠性降低。随着辐照剂量的增加会产生总剂量效应，将进一步影响电子元器件的性能和寿命。因而如何提高航天器结构功能材料的防辐射性能，提高卫星的使用寿命是亟待解决的问题。传统的防辐射加固方法存在制备工艺较复杂、涂敷层与基体结合力差、加固材料需要发黑后处理等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种抗带电粒子辐照的密度梯度型高储氢复合膜层及其制备方法，要解决航天器结构功能材料的防辐射性能差的技术问题，本专利技术采用原子层沉积技术在钴-硫金属化合物表面沉积ZnO薄膜，再通过高能球磨技术制备高储氢钴-硫金属化合物，并将其与树脂材料复合，构筑一种具有密度梯度分布的复合膜层结构。其中氢对于韧致辐射有一定的消减作用，而树脂具有较大的密度，能够有效抵挡高能粒子的辐射，通过不同密度材料的彼此复合，有利于提高储氢材料与基体的结合能力，实现空间抗辐射加固。为解决上述技术问题，本专利技术一种抗带电粒子辐照的密度梯度型高储氢复合膜层，其特征在于所述复合防护膜层是在Co9S8金属化合物表面沉积ZnO薄膜；然后在保护气保护下高能球磨，取出后加入丙酮，超声分散至均匀，然后加入70℃～80℃的环氧树脂，恒温70～80℃下快速搅拌至丙酮溶剂挥发完全，再加入固化剂，磁力搅拌直至混合均匀，涂覆在基底表面形成膜，烘干后加氢处理制得；具体制备方法是通过下述步骤实现的：步骤一、在钴-硫金属化合物纳米颗粒表面沉积ZnO薄膜，得到ZnO-钴-硫金属化合物；步骤二、然后在保护气保护下高能球磨，取出；步骤三、然后加入丙酮，超声分散至均匀，然后加入70℃～80℃的环氧树脂，恒温70～80℃下快速搅拌至丙酮溶剂挥发完全，再加入固化剂，磁力搅拌直至混合均匀。采用高速匀胶法涂覆在相同面密度的基材表面，烘干；步骤四、然后加氢处理，即得到抗带电粒子辐照的密度梯度型高储氢复合防护膜层。进一步地限定，步骤一中利用原子层沉积方法在钴-硫金属化合物纳米颗粒表面沉积ZnO薄膜，具体是通过下述操作完成的：将钴-硫金属化合物纳米颗粒置于沉积腔体内，抽真空至真空度为4×10-3Torr～6×10-3Torr，然后通入高纯氮气至沉积腔体内的压力为0.1Torr～0.2Torr，保持腔体温度100℃～200℃，重复执行100～300个生长沉积周期。进一步地限定，每个生长沉积周期的过程为：(1)先沉腔体内以脉冲形式注入锌源，脉冲时间t1为0.01s～0.03s；(2)切断进气阀、排气阀进行反应，反应时间t2为1s～5s；(3)打开进气阀、排气阀，利用高纯氮气进行吹扫，吹扫时间t3为30s～60s；(4)向反应腔体体内以脉冲形式注入氧源，氧源温度为室温，脉冲时间t4为0.01s～0.03s；(5)切断进气阀、排气阀进行反应，反应时间t5为1s～5s，形成ZnO；(6)打开进气阀、排气阀，利用高纯氮气进行吹扫，吹扫时间t6为30s～60s，完成一个沉积生长周期。进一步地限定，步骤(1)所述锌源为二乙基锌。进一步地限定，步骤(4)所述氧源为去离子水。进一步地限定，步骤一所述钴-硫金属化合物纳米颗粒为Co9S8纳米颗粒，粒径100～500nm。进一步地限定，步骤二中按钴-硫金属化合物与石墨烯的质量比为(4～10)：1的配比将步骤一获得的ZnO-钴-硫金属化合物加到石墨烯。进一步地限定，步骤二中保护气为高纯氩气，球磨时间为4h～20h，球磨机转速为400rpm～800rpm，球料的质量比10：1，磨球为直径为1mm～3mm的ZrO2磨球。进一步地限定，步骤三中基材为铝基材、铅基材、钛基材、钽基材或聚酰亚胺基材。进一步地限定，步骤三中丙酮用量50～100mL，超声频率50～100KHZ，环氧树脂具体为E51型号，环氧树脂的用量与上述材料的质量比为1:1，固化剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺，固化剂用量为环氧树脂用量的15％，磁力搅拌耗时至少25min。膜层厚度为50～100μm。本专利技术通过原子层沉积技术在钴-硫金属化合物表面沉积纳米ZnO薄膜，具有沉积温度低，厚度均匀可控的优点，利用ZnO良好的三维保型性和包裹性，可有效改善涂覆膜层与树脂基体间的界面结合强度，显著提高复合材料的力学性能和结合能力；树脂材料由于具有较大的密度，能够有效抵挡高能粒子的辐射，并且有利于提高储氢材料与基体的结合能力，实现高储氢材料复合膜层的强辐射防护功能。该材料的储氢量达到3.93wt％，在模拟剂量为100Kev～1Mev电子辐照条件下，相同面密度的储氢材料膜层比无膜层基体的防辐射能力提高28％。附图说明图1是170keV辐照下环氧树脂及复合涂层微观形貌，a)未辐照环氧树脂表面，b)辐照后的环氧树脂表面，c)Co9S8/环氧树脂复合涂层；图2是1MeV辐照下环氧树脂及复合涂层微观形貌；a)未辐照环氧树脂表面，b)辐照后的环氧树脂表面，c)Co9S8/环氧树脂复合涂层。具体实施方式实施例1：本实施例中一种抗带电粒子辐照的密度梯度型高储氢复合膜层的制备方法是通过下述步骤实现的：步骤一、在平均粒径为500nm的Co9S8纳米颗粒表面沉积ZnO薄膜，得到ZnO-Co9S8，具体是：将Co9S8纳米颗粒置于沉积腔体内，抽真空至真空度为5×10-3Torr，然后通入质量浓度为99.99％的高纯氮气至沉积腔体内的压力为0.15Torr，保持腔体温度150℃，重复执行230个生长沉积周期；步骤一中利用原子层沉积方法在Co9S8纳米颗粒表面沉积ZnO薄膜，具体是通过下述操作完成的：将Co9S8纳米颗粒置于沉积腔体内，抽真空至真空度为5×10-3Torr，然后通入质量浓度为99.99％的高纯氮气至沉积腔体内的压力为0.15Torr，保持腔体温度150℃，重复执行230个生长沉积周期；其中，每个生长沉积周期的过程为：(1)先沉腔体内以脉冲形式注入二乙基锌(锌源)，脉冲时间t1为0.03s；(2)切断进气阀、排气阀进行反应，反应时间t2为5s；(3)打开进气阀、排气阀，利用质量浓度为99.99％的高纯氮气进行吹扫，吹扫时间t3为4s；(4)向反应腔体体内以脉冲形式注入去离子水，去离子水温度为室温，脉冲时间t4为0.02s；(5)切断进气阀、排气阀进行反应，反应时间t5为5s，形成ZnO；(6)打开进气阀、排气阀，利用质量浓度为99.99％的高纯氮气进行吹扫，吹扫时间t6为40s，完成一个沉积生长周期。步骤二、然后按Co9S8与石墨烯的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗带电粒子辐照的密度梯度型高储氢复合膜层，其特征在于所述复合防护膜层是在Co

【技术特征摘要】
1.一种抗带电粒子辐照的密度梯度型高储氢复合膜层，其特征在于所述复合防护膜层是在Co9S8金属化合物表面沉积ZnO薄膜；然后加到石墨烯中，在保护气保护下高能球磨，取出后加入丙酮，超声分散至均匀，然后加入70℃～80℃的环氧树脂，恒温70～80℃下快速搅拌至丙酮溶剂挥发完全，再加入固化剂，磁力搅拌直至混合均匀，涂覆在相同面密度的基底表面形成膜，烘干后加氢处理制得。


2.一种抗带电粒子辐照的密度梯度型高储氢复合膜层的制备方法，其特征在于所述制备方法是通过下述步骤实现的：
步骤一、在钴-硫金属化合物纳米颗粒表面沉积ZnO薄膜，得到ZnO-钴-硫金属化合物；
步骤二、然后加到石墨烯中，在保护气保护下高能球磨，取出；
步骤三、然后加入丙酮，超声分散至均匀，然后加入70℃～80℃的环氧树脂，恒温70～80℃下快速搅拌至丙酮溶剂挥发完全，再加入固化剂，磁力搅拌直至混合均匀，涂覆在相同面密度的基材表面形成膜，烘干；
步骤四、然后加氢处理，即得到抗带电粒子辐照的密度梯度型高储氢复合膜层。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤一中利用原子层沉积方法在钴-硫金属化合物纳米颗粒表面沉积ZnO薄膜，具体是通过下述操作完成的：
将钴-硫金属化合物纳米颗粒置于沉积腔体内，抽真空至真空度为4×10-3Torr～6×10-3Torr，然后通入高纯氮气至沉积腔体内的压力为0.1Torr～0.2Torr，保持腔体温度100℃～200℃，重复执行100～300个生长沉积周期。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于每个生长沉积周期的过程为：
(1)先沉腔体内以脉冲形式注入锌源，脉冲时间t1为0.01s～0.03s；
(...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓宏，李杨，欧学东，姜利祥，李涛，杨晓宁，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23