CN113580687A - 空间强电磁场综合环境防护柔性分层面膜结构及制作方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了空间强电磁场综合环境防护柔性分层面膜结构及制作方法。包括：聚酰亚胺层、介质层和设置在所述聚酰亚胺层与所述介质层之间的金属层；本申请通过设计聚酰亚胺层、介质层和位于聚酰亚胺层与介质层之间的金属层，聚酰亚胺层可降低金属二次电子倍增效应，保护金属层，金属层具有抗高功率微波功能，介质层可有效隔绝稀薄气体与金属层接触，保证此柔性分层面膜结构不会在高功率微波作用下产生自身毁伤；并且，通过在聚酰亚胺层远离金属层的表面设置氧化铟锡膜，提供抗空间环境的边界；在使用时，将氧化铟锡膜朝向外部环境，介质层朝向被保护产品，可有效防止此隔热组件自身被烧毁，避免被保护产品受到强电磁波干扰。

Description

空间强电磁场综合环境防护柔性分层面膜结构及制作方法
技术领域
本公开一般涉及卫星强电磁环境防护技术领域，具体涉及空间强电磁场综合环境防护柔性分层面膜结构及制作方法。
背景技术
由于卫星在当今社会中扮演的角色越来越重要，无论是通讯、导航、遥感卫星都对通信的质量和实时工作特性要求越来越高。特别是导航卫星对实时通信、抗干扰、精确定位等要求更为突出，强电磁环境会严重影响卫星的定位精度及通信，因此卫星对强电磁防护的要求也越来越高。
空间强电磁环境主要包括自然强电磁环境和人为强电磁环境。其中自然强电磁环境主要指太阳射频发射，其伴随着太阳耀斑和相关太阳活动的强烈爆发而愈加强烈。人为强电磁环境主要指高功率微波武器，电磁脉冲弹等产生的可对航天器产生损坏的高功率微波。
强电磁波对卫星的影响主要是通过前门耦合和后门耦合两大类。强电磁波经过前门或后门耦合到卫星内部，其能量在系统内形成瞬间的电场或者演变成随时间、空间变化的大电流、大电压，通过耦合进入的能量，经过电缆、波导等介质传导或者经由电磁空间辐射传输，到达系统内部的脆弱部位，如敏感单机、集成电路及电子元器件等。当功率或能量达到一定量级时会干扰设备的正常运行，甚至烧毁电子设备或器件。
目前，针对后门耦合微波进行防护时，通常采用添加屏蔽层的方式，而卫星本身在星表就包覆有一套热控防护多层，该防护层是经受强电磁波影响的第一道防线，但此套热控防护多层存在自身被强电磁波损坏的缺陷。因此，我们提出一种空间强电磁场综合环境防护柔性分层面膜结构及制作方法，用以解决上述的防护层自身易被强电磁波损坏、烧毁，影响系统内部电子设备或器件正常运行的问题。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种耐受空间强电磁综合环境，防强电磁波干扰，防自身损坏、烧毁，成本低，结构简单且易于实现的空间强电磁场综合环境防护柔性分层面膜结构及制作方法。
第一方面，本申请提供一种空间强电磁场综合环境防护柔性分层面膜结构，包括：聚酰亚胺层、介质层和设置在所述聚酰亚胺层与所述介质层之间的金属层；
所述金属层的厚度为6-10微米；所述聚酰亚胺层远离所述金属层的表面设有氧化铟锡膜，用于提供抗空间环境的边界；
使用时，所述氧化铟锡膜朝向外部环境，所述介质层朝向被保护产品。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述聚酰亚胺层的厚度为25微米。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述金属层为6-10微米厚度铝层或者银层。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述介质层为5-10微米厚度的聚酰亚胺材料或聚酯材料。
第二方面，本申请提供一种基于上述所述的空间强电磁场综合环境防护柔性分层面膜结构的制作工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
将聚酰胺酸溶液旋涂在金属层一表面，并进行高温热环化得到聚酰亚胺，高温热环化温度为150℃，环化时间为20-30分钟；
选取聚酰胺酸溶液旋涂在金属层的另一表面，经高温热环化得到“聚酰亚胺-金属-聚酰亚胺”三层面膜结构，高温热环化温度为150℃，环化时间为20-30分钟；
或者，选取聚酯材料旋涂在金属层远离聚酰亚胺的表面，经高温加热使聚酯材料在金属层表面形成熔融态；
对熔融态聚酯进行冷却，得到“聚酰亚胺-金属-聚酯”三层面膜结构，冷却时间为10-20分钟；
将氧化铟锡膜镀在所述三层面膜结构朝向外部环境的表面，得到柔性分层面膜结构。
第三方面，本申请提供一种基于上述的空间强电磁场综合环境防护柔性分层面膜结构的制作工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用聚丙烯酸压敏胶将两块聚酰亚胺材料分别黏贴在金属层的两个表面，经层压复合得到“聚酰亚胺膜-聚丙烯酸压敏胶-金属-聚丙烯酸压敏胶-聚酰亚胺”的五层面膜结构；
或者，利用聚丙烯酸压敏胶将一块聚酰亚胺材料黏贴在金属层的一表面，再利用聚丙烯酸压敏胶将一块聚酯材料黏贴在金属层的另一表面，经层压复合得到“聚酰亚胺膜-聚丙烯酸压敏胶-金属-聚丙烯酸压敏胶-聚酯”的五层面膜结构；
将氧化铟锡膜镀在所述五层面膜结构朝向外部环境的表面，得到柔性分层面膜结构。
综上所述，本技术方案具体地公开了一种空间强电磁场综合环境防护柔性分层面膜结构的具体结构。本申请具体地通过设计聚酰亚胺层、介质层以及位于聚酰亚胺层与介质层之间的金属层，聚酰亚胺层可降低金属二次电子倍增效应，保护金属层，金属层具有抗高功率微波功能，介质层可有效隔绝稀薄气体与金属层接触，杜绝稀薄气体参与的沿面闪络击穿的发生，从而保证此柔性分层面膜结构不会在高功率微波作用下产生自身毁伤；并且，通过在聚酰亚胺层远离金属层的表面设置氧化铟锡膜，提供抗空间环境的边界；在使用时，将氧化铟锡膜朝向外部环境，介质层朝向被保护产品，可有效防止此隔热组件自身被烧毁，避免被保护产品受到强电磁波干扰。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为空间强电磁场综合环境防护柔性分层面膜结构的结构示意图。
图2为高温热环化工艺制作柔性分层面膜结构的流程示意图。
图3为层压复合工艺制作柔性分层面膜结构的流程示意图。
图中标号：101、聚酰亚胺层；102、金属层；103、介质层；104、氧化铟锡膜。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例一
请参考图1所示的本申请提供的一种空间强电磁场综合环境防护柔性分层面膜结构的第一种实施例的结构示意图，包括：聚酰亚胺层101、介质层103和设置在所述聚酰亚胺层101与所述介质层103之间的金属层102；
所述金属层102的厚度为6-10微米；所述聚酰亚胺层101远离所述金属层102的表面设有氧化铟锡膜104，用于提供抗空间环境的边界；
使用时，所述氧化铟锡膜104朝向外部环境，所述介质层103朝向被保护产品。
在本实施例中，如图1所示，聚酰亚胺层101、金属层102和介质层103依次设置，形成三明治结构；聚酰亚胺层101具有良好的温度特性与总剂量效应；此处，聚酰亚胺层101的厚度，例如为25微米；
并且，氧化铟锡膜104，具有良好的抗原子氧特性，以及导静电作用，以避免静电电荷积累导致的放电效应，同时也可以保护金属层102，降低金属二次电子倍增效应。
金属层102，设置在聚酰亚胺层101与金属层102之间，具有抗高功率微波功能；此处，金属层102的类型，例如为铝层或者银层；根据实际需求也可适当添加镍等导磁材料；并且，金属层102的厚度应至少在微波的1个趋肤深度以上，考虑安全裕度可选择2个趋肤深度以上(1个趋肤深度的金属可以使透射的微波强度降低为原来强度的1/e＝36.8％，功率降低为原来的1/e2＝13.5％)，可利用以下公式计算趋肤深度(单位m)：
Figure BDA0003192514140000051
其中，ω为微波场振动的角频率(rad/s)；μ0为金属导体在真空中的磁导率，其值为4π×10-7Hm-1；σ为金属的电导率(单位为Ω-1m-1)。
当角频率固定时，金属的电导率越大，相应的趋肤深度越小。例如，铝在常温下电导率约为3.54×107Ω-1m-1，按照射频脉冲频率为1GHz计算，对应的趋肤深度约为2.675×10-6m。则此时中间铝层的厚度应大于2.675×10-6m×2＝5.4×10-6m，也就是约5.4微米以上，受当前工艺及产品实际情况的影响，此处，建议金属层厚度为6-10微米。
介质层103，其为抑制二次电子倍增过程的阻尼层，具有防烧蚀作用，以隔绝稀薄气体及材料释气，降低金属层的二次电子倍增；此处，介质层103的类型，例如为5-10微米厚度的聚酰亚胺材料或聚酯材料；
在使用时，氧化铟锡膜104朝向外部环境，介质层103朝向被保护产品，以隔绝金属与稀薄气体的接触，从而杜绝稀薄气体参与的等离子体放电的过程；并且，聚酰亚胺层101与介质层103的密度均大于空间环境的稀薄气体的密度，从金属发出的初始种子电子在固体中会频繁的碰撞，一方面电子能量会严重损失，另外其受微波场加速的过程也大大减弱，如此则可以有效的降低二次电子倍增的过程；由此可以杜绝稀薄气体参与的沿面闪络击穿的发生，从而保证此柔性分层面膜结构不会在高功率微波作用下产生自身毁伤。
实施例二
一种基于实施例一所述的空间强电磁场综合环境防护柔性分层面膜结构的制作工艺方法，包括以下步骤：
将聚酰胺酸溶液旋涂在金属层一表面，并进行高温热环化得到聚酰亚胺，高温热环化温度为150℃，环化时间为20-30分钟；
选取聚酰胺酸溶液旋涂在金属层的另一表面，经高温热环化得到“聚酰亚胺-金属-聚酰亚胺”三层面膜结构，高温热环化温度为150℃，环化时间为20-30分钟；
或者，选取聚酯材料旋涂在金属层远离聚酰亚胺的表面，经高温加热使聚酯材料在金属层表面形成熔融态；
对熔融态聚酯进行冷却，得到“聚酰亚胺-金属-聚酯”三层面膜结构，冷却时间为10-20分钟；
将氧化铟锡膜镀在所述三层面膜结构朝向外部环境的表面，得到柔性分层面膜结构。在本实施例中，如图2所示，以铝箔作为金属层为例，
将聚酰胺酸溶液旋涂在铝箔一表面，并进行高温热环化得到聚酰亚胺，高温热环化温度为150℃，环化时间为20-30分钟；
选取聚酰胺酸溶液旋涂在铝箔的另一表面，经高温热环化得到“聚酰亚胺-铝-聚酰亚胺”三层面膜结构，高温热环化温度为150℃，环化时间为20-30分钟；
或者，选取聚酯材料旋涂在铝箔远离聚酰亚胺的表面，经高温加热使聚酯材料在铝箔表面形成熔融态；
对熔融态聚酯进行冷却，得到“聚酰亚胺-铝-聚酯”三层面膜结构，冷却时间为10-20分钟；
将氧化铟锡膜镀在上述的三层面膜结构朝向外部环境的表面，得到柔性分层面膜结构。
实施例三
一种基于实施例一所述的空间强电磁场综合环境防护柔性分层面膜结构的制作工艺方法，包括以下步骤：
利用聚丙烯酸压敏胶将两块聚酰亚胺材料分别黏贴在金属层的两个表面，经层压复合得到“聚酰亚胺膜-聚丙烯酸压敏胶-金属-聚丙烯酸压敏胶-聚酰亚胺”的五层面膜结构；
或者，利用聚丙烯酸压敏胶将一块聚酰亚胺材料黏贴在金属层的一表面，再利用聚丙烯酸压敏胶将一块聚酯材料黏贴在金属层的另一表面，经层压复合得到“聚酰亚胺膜-聚丙烯酸压敏胶-金属-聚丙烯酸压敏胶-聚酯”的五层面膜结构；
将氧化铟锡膜镀在所述五层面膜结构朝向外部环境的表面，得到柔性分层面膜结构。
在本实施例中，如图3所示，以铝箔作为金属层为例，
利用聚丙烯酸压敏胶将两块聚酰亚胺材料分别黏贴在铝箔的两个表面，经层压复合得到“聚酰亚胺膜-聚丙烯酸压敏胶-铝-聚丙烯酸压敏胶-聚酰亚胺”的五层面膜结构；
或者，利用聚丙烯酸压敏胶将一块聚酰亚胺材料黏贴在铝箔的一表面，再利用聚丙烯酸压敏胶将一块聚酯材料黏贴在铝箔的另一表面，经层压复合得到“聚酰亚胺膜-聚丙烯酸压敏胶-铝-聚丙烯酸压敏胶-聚酯”的五层面膜结构；
将氧化铟锡膜镀在上述的五层面膜结构朝向外部环境的表面，得到柔性分层面膜结构。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (6)

1.一种空间强电磁场综合环境防护柔性分层面膜结构，其特征在于，包括：聚酰亚胺层、介质层和设置在所述聚酰亚胺层与所述介质层之间的金属层；
所述金属层的厚度为6-10微米；所述聚酰亚胺层远离所述金属层的表面设有氧化铟锡膜，用于提供抗空间环境的边界；
使用时，所述氧化铟锡膜朝向外部环境，所述介质层朝向被保护产品。
2.根据权利要求1所述的一种空间强电磁场综合环境防护柔性分层面膜结构，其特征在于，所述聚酰亚胺层的厚度为25微米。
3.根据权利要求1所述的一种空间强电磁场综合环境防护柔性分层面膜结构，其特征在于，所述金属层为6-10微米厚度铝层或者银层。
4.根据权利要求1所述的一种空间强电磁场综合环境防护柔性分层面膜结构，其特征在于，所述介质层为5-10微米厚度的聚酰亚胺材料或聚酯材料。
5.一种基于权利要求1至4所述的空间强电磁场综合环境防护柔性分层面膜结构的制作工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
将聚酰胺酸溶液旋涂在金属层一表面，并进行高温热环化得到聚酰亚胺，高温热环化温度为150℃，环化时间为20-30分钟；
选取聚酰胺酸溶液旋涂在金属层的另一表面，经高温热环化得到“聚酰亚胺-金属-聚酰亚胺”三层面膜结构，高温热环化温度为150℃，环化时间为20-30分钟；
或者，选取聚酯材料旋涂在金属层远离聚酰亚胺的表面，经高温加热使聚酯材料在金属层表面形成熔融态；
对熔融态聚酯进行冷却，得到“聚酰亚胺-金属-聚酯”三层面膜结构，冷却时间为10-20分钟；
将氧化铟锡膜镀在所述三层面膜结构朝向外部环境的表面，得到柔性分层面膜结构。
6.一种基于权利要求1至4所述的空间强电磁场综合环境防护柔性分层面膜结构的制作工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用聚丙烯酸压敏胶将两块聚酰亚胺材料分别黏贴在金属层的两个表面，经层压复合得到“聚酰亚胺膜-聚丙烯酸压敏胶-金属-聚丙烯酸压敏胶-聚酰亚胺”的五层面膜结构；
或者，利用聚丙烯酸压敏胶将一块聚酰亚胺材料黏贴在金属层的一表面，再利用聚丙烯酸压敏胶将一块聚酯材料黏贴在金属层的另一表面，经层压复合得到“聚酰亚胺膜-聚丙烯酸压敏胶-金属-聚丙烯酸压敏胶-聚酯”的五层面膜结构；
将氧化铟锡膜镀在所述五层面膜结构朝向外部环境的表面，得到柔性分层面膜结构。
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