Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка терморегулирующих покрытий, содержащих неорганические наночастицы, с улучшенными эксплуатационными и адгезионными свойствами для космических аппаратов

Номер контракта: 14.577.21.0206

Руководитель: Юртов Евгений Васильевич

Должность: Заведующий кафедрой

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева"
Организация докладчика: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
терморегулирующее покрытие, пленкообразующее, пигмент, наполнитель, наночастицы, факторы космического пространства, ионизирующее излучение, коэффициент поглощения солнечного излучения, коэффициент теплового излучения, адгезия, удельное электрического сопротивление, газовыделение.

Цель проекта:
1. Снижение массы терморегулирующих покрытий при сохранении эксплуатационных и технических характеристик покрытия (адгезии к материалу корпуса, оптических и электрофизических характеристик, стойкости к факторам космического пространства). 2. Разработка наномодифицированных терморегулирующих покрытий с повышенными эксплуатационными, механическими, оптическими характеристиками и улучшенными специальными свойствами.

Основные планируемые результаты проекта:
1. В ходе выполнения проекта будет разработан комплекс экспериментальных технологий, который создаст научные основы выбора состава, организации структуры и технологии терморегулирующих покрытий нового типа, модифицированных наночастицами различного состава, размера и формы.
2. Разработка наномодифицированных терморегулирующих покрытий с повышенными эксплуатационными, механическими, оптическими характеристиками и улучшенными специальными свойствами.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1.Конечный продукт - наномодифицированные терморегулирующие покрытия с повышенными эксплуатационными, механическими, оптическими характеристиками и улучшенными специальными свойствами. Внешние покрытия космических аппаратов (КА) являются элементами пассивной или активной системы терморегулирования аппаратов и наносятся на внешние поверхности и элементы его конструкции. Терморегулирующие покрытия (ТРП) относятся к пассивной системе терморегулирования. Назначение терморегулирующих покрытий космических аппаратов – обеспечение расчётных величин внешних тепловых нагрузок от излучения Солнца и планет и сброс тепла в космическое пространство. Определяющими характеристиками ТРП, являются коэффициент поглощения солнечного излучения и коэффициент теплового излучения (степень черноты).

2. Введение частиц в состав покрытий в малых (менее 1 %) количествах свидетельствует о значительном повышении ключевых характеристик (механических, оптических). Предлагаемый подход отличается от преимущественно используемого (оптимизация макрокомпонентов эмалевых композиций, использование микрокристаллических пигментов и добавок и т.д.), что определяет научную
новизну данного проекта, а улучшение эксплуатационных характеристик покрытий, выявленное в ходе предварительных исследований, свидетельствует о возможности получения результатов способных к правовой охране.

3. Интенсивная работа над предлагаемой темой проекта подтверждается патентной активностью российских и зарубежных авторов. Среди патентов можно выделить следующие:
российских и зарубежных авторов. Среди патентов можно выделить следующие:
(1) «Терморегулирующее покрытие класса «солнечные отражатели» RU 2421490 С1, С09D 1/02, С09D 5/24, С09D 5/33, заявка 2009137753/05 12.10.2009, опубликовано 20.06.2011, ОАО «Композит», авторы: Киселева Л.В., Григоревский А.В., Шуйский М.Б., Просвоириков В.М., Костюк В.И., Панина М.Н., Емельянова О.Н., Кудрявцева Е.Н.
(2) «Терморегулирующее покрытие» RU 2315794 С1, С09D 5/24, С09D 133/08, заявка 2006126801/04 25.07.2006, ФГУП «ГКНПЦ имени М.В. Хруничева», авторы: Бахвалов Ю.О., Александров Н.Г., Векшина Т.И., Булатова В.В., Киселева Л.В., Григоревский В.В., Шуйский М.Б.
(3) «Articles with stable coatings having tailorable optical properties». № 6331357 В 428/446; 427/162, В32В 027/06 428/446, 450, 451, 457 427/387, 162 McDonnell Douglas Corpоration, USA, 2001 г.
(4) «Method of preparation of an electrically conductive paint» № 6576290 427/201; 427/372 В05D 005/12 427/372 2,201, The Boeing Company, USA, 2003 г.
(5) Изменения оптических свойств функциональных поверхностей космических аппаратов при совместном воздействии электронов и ультрафиолета / Хасаншин Р. Х., Надирадзе А. Б. // Поверхность: рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2013. - № 3. - С. 73-78.
(6) Влияние облучения электронами и протонами на потерю массы полимерного композита в вакууме / Новиков Л. С., Хасаншин Р. Х. // Физика и химия обработки материалов. - 2013. - № 5. - С. 17-22.
(7) Исследование потери массы наполненного полимера при облучении в вакууме (Р. Х. Хасаншин, И. Б. Винтайкин) Персективные материалы 2014, № 4, с.5 – 13

4. Следует выполнить следующие работы:
- Анализ литературных данных по созданию наномодифицированных терморегулирующих покрытий;
- Разработка и оптимизация методик получения наночастиц заданного состава, размера и формы;
- Разработка рецептур эмалей и эмалевых композиций для изготовления наномодифицированных терморегулирующих покрытий;
- Изучение оптических, электрофизических и адгезионных свойств исходных и модифицированных терморегулирующих покрытий;
- Корректировка составов и технологических режимов изготовления модифицирующих наноструктур ;
- Дополнительное исследование стойкости покрытий к факторам космического пространства, термоциклированию, оценка газовыделения и кинетики газовыделения покрытий;
- Разработка рекомендаций по применению наномодифицированных ТРП.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Область применения: космическое материаловедение
2. В ходе выполнения проекта будет разработан комплекс экспериментальных технологий, который создаст научные основы выбора состава, организации структуры и технологии терморегулирующих покрытий нового типа, модифицированных наночастицами различного состава (Fe3O4, γ-Fe2O3, ZnO, SiO2, Fe3O4@SiO2, γ-Fe2O3@SiO2, ZnO@SiO2), размера (5-300 нм) и формы.
3. По прогнозам данная разработка ввиду своей эффективности и конкурентоспособности может соперничать с импортными аналогами, что в рамках программы по импортозамещению может дать толчок к развитию промышленности в Российской Федерации.
4. Для информирования общественности о ходе и результатах выполнения прикладного научного исследования планируется публикация серии статей, освещающих результаты проводимого исследования, в ведущих мировых журналах, с высоким значением импакт-фактора.

Текущие результаты проекта:
-Проведен аналитический обзор литературы и патентные исследования, затрагивающие научно-техническую проблему улучшения эксплуатационных и адгезионных свойств терморегулирующих покрытий для космических аппаратов;
-Выбраны и исследованы компоненты (пигменты, связующие, наполнители, растворители и другие) для создания рецептур эмалевых композиций; -Разработана методика получения наночастиц γ-Fe2O3, Fe3O4 с заданным размером от 5 до 100 нм и формой анизотропии (кубической, октаэдрической, сферической).
Разработана методика получения частиц ZnO с заданным размером от 10 до 300 нм и формой анизотропии (сферической, стержнеобразной, цветочноподобной).
-Исследованы образцы наночастиц Fe3O4, γ-Fe2O3, ZnO методами просвечивающей электронной микроскопии, также исследованы их фазовый состав и параметры тонкой и сверхтонкой структуры;
-Исследован способ введения наночастиц Fe3O4, γ‑Fe2O3, ZnO в эмалевую композицию;
-Определены исходные оптические и электрофизические характеристики и испытаны на стойкость к протонному излучению пигменты, наполнители и пленкообразующие;
Определены технологические свойства лабораторных эмалевых композиций и выбраны оптимальные рецептуры эмалевых композиций;
-Нанесены покрытия на основе лабораторных эмалевых композиций, содержащих частицы Fe3O4, γ‑Fe2O3, ZnO;
Определены адгезионные свойства покрытий, оптические (коэффициент поглощения солнечного излучения αs, коэффициент теплового излучения ε) и электрофизические (удельное объемное электрическое сопротивление ρv) характеристики покрытий на основе лабораторных эмалевых композиций.