Las películas compuestas de poliimida (PI) se utilizan ampliamente en las superficies externas de las naves espaciales para protegerlas de los entornos adversos de la órbita terrestre baja (LEO) debido a su excelente rendimiento integral. Sin embargo, las películas compuestas de PI actuales tienen propiedades mecánicas y resistencia al oxígeno atómico (AO) inadecuadas.

En un estudio publicado en Advanced Materials , un equipo de investigación dirigido por el profesor Yu Shuhong de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) de la Academia de Ciencias de China propuso una estrategia de diseño estructural única de doble capa inspirada en el nácar y fabricó una nueva película nanocompuesta basada en PI con propiedades mecánicas muy mejoradas y resistencia AO.

Inspirándose en la microestructura de ladrillo y mortero del nácar natural, los investigadores ensamblaron nanoláminas de mica y PI en una estructura de doble capa inspirada en el nácar con una densidad de mica mucho más alta en la capa superior, que se logró mediante un sencillo ensamblaje asistido por rociado seguido mediante un proceso de termocurado.

Al optimizar las proporciones de los componentes y el grosor de la capa superior, se mejoraron significativamente las propiedades mecánicas de la película de PI-Mica de doble capa. La resistencia a la tracción, el módulo de Young y la dureza de la superficie de la película de doble capa fueron 45 por ciento, 100 por ciento y 68 por ciento más altos que los de las películas de PI puro, respectivamente.

En virtud de la estructura única inspirada en el nácar de doble capa y las ventajas intrínsecas de las nanoláminas de mica, la película de PI-Mica de doble capa obtenida logró una resistencia mucho mejor a AO, resistencia al envejecimiento UV (313 nm) y estabilidad a alta temperatura (380 ℃) que la película PI pura. Además, tanto la fluencia de AO como las características de rendimiento por erosión de la película de PI-Mica de doble capa son superiores a las de los compuestos basados ​​en PI informados anteriormente. Por lo tanto, esta película de PI-Mica de doble capa puede servir como un nuevo tipo de material de protección aeroespacial, reemplazando las películas compuestas basadas en PI existentes para aplicaciones LEO.

El exclusivo diseño estructural inspirado en el nácar de doble capa proporciona una vía prometedora para el futuro diseño y fabricación de otros nanocompuestos bioinspirados de alto rendimiento para diversas aplicaciones. + Explora más

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