面向空间抗辐照热控涂层的电致变色聚合物材料

Smart thermal control coating based on polymer electrochromic materials is very promising in space thermal control field due to its advantage, such as lightweight, minimum volume, low energy consumption and high control accuracy. Electrochromic material is the key in thermal control coating. However, some defects in electrochromic material, such as limited radiation range, long responsive time and unstablity, still can not be conquered, which limits its widely use in aerospace industry..In this project, chemical modification method for organic molecules is adopted. Based on the structure of electron donor and acceptor, polycyclic aromatic heterocycles and fluorinated functional group are introduced into polymer main chain and side chain. New synthetic method will be studied to synthesize electrochromic material. HOMO and LUMO energy level could be adjusted by molecular structure optimization of the electron donors and acceptors. As a result, the photophysics and electrochemical property of the polymer electrochromic material can be modified to improve the radiation performance, responsive speed and stability. Reflective electrochromic device will be fabricated and the influence of property parameters for electrochromic material, the thickness and switching voltage, to emissivity regulation of the smart coating can be investigated. Space environment simulation experiments will be conducted. Complicated factors in space, such as UV irradiation, will be simulated to study the performance of the electrochromic thermal control coating and its durability in micro physical and chemical properties. This project will give technical support for the widely application of the polymer electrochromic material in thermal control coating.

电致变色智能热控涂层具有重量轻、体积小、能耗低、控制精度好等特点，在航天热控领域具有广泛的应用前景。目前，其核心电致变色材料发射率范围窄、响应时间长和稳定性差，制约了该类材料的大规模应用。.本项目从材料分子结构设计出发，基于电子给体（D）-受体（A）结构，通过引入耐辐照含氟官能团及优化给体和受体的分子结构，调节聚合物的能级结构和光谱范围，调控聚合物的电致变色性能和涂层发射特性，提高材料的抗辐照稳定性；开发以聚合物薄膜为电致变色层的电致变色器件，研究电致变色聚合物材料表面辐射特性转变规律；通过地面模拟复杂空间环境条件及加速试验，探索深空环境下聚合物电致变色热控涂层空间环境适应性及损伤机理；形成新型宽发射率范围可调控、高稳定性及快速响应导电聚合物电致变色材料的设计合成、器件的制备工艺以及空间环境适应性评价方法，为航天电致变色智能热控涂层材料的大规模应用提供技术支撑。

传统热控涂层热辐射特性固定，无法根据航天器环境变化主动调节，难以满足热控的时效性和精确性要求。电致变色材料通过外加电场可连续、可逆地改变其光学性质，从而实现热辐射率的主动实时调控。因此，智能电致变色热控涂层已成为航天器热控领域的主要发展方向之一。本项目围绕航天器智能热控涂层核心关键电致变色材料，在材料设计合成、结构性能关系、器件制备以及性能评价方面开展深入研究。.从材料分子结构设计出发，采用C-H活化聚合方法，合成了一系列基于噻吩基亚甲基羟吲哚的新型D-A聚合物。通过调节聚合物主链内的给体和受体单元结构，引入吸电子氰基单元，进一步调控能带隙，增强分子内电荷迁移吸收从而拓宽材料的吸收光谱；聚合物表现出中性状态的蓝色调，具有明显的颜色-透射可逆电致变色转换，同时在近红外区域显示出相对较高的对比度、良好的着色效率以及低的转换速度。.通过C-H活化聚合反应合成了一系列基于二甲氧基亚苯基与AcDOT二聚体或ProDOT二聚体交替的重复单元的宽带隙聚合物。引入大体积的和富电子的甲氧基单元代替亚苯基环上较小的氢原子，提高了聚合物的HOMO能级并降低氧化电位。同时含有ProDOT、AcDOT单元的交替共聚物材料既具有ProDOT同系物低氧化电位、高电致变色对比度、快速切换速度等特点，同时也具有类似AcDOT同系物的高带隙特征。再次证明了可以通过调节聚合物主链的单元的结构、比例实现聚合物电子、空间结构的改变进而调控其变色效应。.在电致变色材料与性能关系研究基础上，以聚合物薄膜为电致变色层组装电致变色器件，在实验的基础上展开器件的相关工艺参数的优化研究；考察了电致变色器件的循环稳定性等重要参数。针对空间特殊环境应用需求，开展了真空析气、冷热交变等环境模拟试验，探索了深空环境下聚合物电致变色材料空间环境适应性。.在本项目支持下，共发表论文8篇，申请专利6项。研究成果为电致变色材料在航天热控领域的应用提供了技术支撑。