张 燕，武博涵，吴 昊，杨艳斌，于 强，刘金刚

（1. 中国地质大学（北京） 材料科学与工程学院，北京 100083； 2. 北京卫星环境工程研究所，北京 100094）

0 引言

距地面200～700 km 的低地球轨道（LEO）航天器的运行和工作寿命受到原子氧、太阳紫外辐照、热循环、空间碎片等的影响。其中，原子氧（atomic oxygen, AO）是最重要、最危险的影响因素之一[1-3]。正常运行中的LEO 航天器与轨道中的原子氧发生撞击时的相对速度约为8 km/s，原子氧注量高达1014～1015cm-2·s-1，会在航天器表面产生大约4～5 eV的撞击能，这足以使航天器表面的多数有机材料发生化学键的断裂并被氧化，从而导致材料性能劣化，乃至影响航天器的工作寿命[4-5]。

近年来，聚合物材料的原子氧效应已经成为航天器设计中必须考虑的关键因素之一[6]。聚酰亚胺（polyimide, PI）因其优异的耐高低温性能、化学稳定性、机械性能以及尺寸稳定性等而被广泛应用于航空、航天、微电子及光学等领域，并在诸多高性能领域被称为“解决问题的能手”。其薄膜产品更是以优异的机械性能、热稳定性及耐辐照性能，被称为“黄金薄膜”[7]。但研究表明，标准型的聚（均苯四甲酸二酐-4,4'-二氨基二苯醚）（PMDA-ODA）型PI 薄膜（商品名：Kapton®）极易受原子氧侵蚀，限制了其在LEO 航天器中的应用[8-9]。

为减缓原子氧对Kapton 薄膜组件的侵蚀，常用的防护方法主要包括：1）表面涂层法，即在Kapton薄膜表面涂覆SiO2或Al2O3等防护涂层来抵挡原子氧的侵蚀；2）内部基体强化法，即将Si、P、Zr、Sn等元素与Kapton 薄膜复合，利用上述元素在原子氧环境中可原位生成防护层的特性，使薄膜具有“自愈合”或“自修复”的能力[10-11]。……