一种用于微纳卫星的太阳能帆板材料的制作方法

本发明涉及航空航天材料，具体为一种用于微纳卫星的太阳能帆板材料。

背景技术：

1、空间太阳能帆板主要用于太空舱、卫星、外星球探测器等航天领域航天器的供电系统。传统太阳能帆板多是刚性结构，多块帆板间通过机械结构连接。

2、目前，微纳卫星在航天领域的应用日益广泛，而太阳能帆板作为卫星的能源供应系统，其性能直接关系到卫星的工作效率和寿命。传统的太阳能帆板材料虽然能够满足一定的发电需求，但在重量、强度和耐久性方面仍有待提升。

3、因此，本发明提出了一种新型的太阳能帆板材料，旨在提高微纳卫星的能源转换效率和运行稳定性。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于微纳卫星的太阳能帆板材料。

3、(二)技术方案

4、基于此，本发明提供如下技术方案：一种用于微纳卫星的太阳能帆板材料，其主要由以下组分构成：基底层、光伏层、保护层，所述基底层的顶部覆盖有光伏层，所述光伏层的表面覆盖有保护层；

5、所述基底层为轻质的碳纤维复合层，所述轻质的碳纤维复合层通过将短切碳纤维及加入酚醛树脂溶液中，经过机械搅拌获得纤维分散均匀的短切碳纤维/树脂溶液二元浆料，将浆料自然沉降后，通过在多孔压头上加压排出多余树脂溶液，形成坯体；

6、之后加热干燥、固化树脂，酚醛树脂溶液中溶剂蒸发，酚醛树脂溶液粘度随浓度逐渐增大，在表面张力驱动下浸润并包裹纤维表面并存留在相邻纤维之间连接点处，固化完成后将短切碳纤维粘结在一起，脱模获得酚醛树脂粘结短切碳纤维坯体，将坯体在氩气气氛中1000℃保温1h进行碳化，获得碳粘结碳纤维复合材料，所述酚醛树脂溶液的浓度为0.107(g/ml)。

7、优选的，所述光伏层为gaas基太阳能电池，所述gaas基太阳能电池的窗口层厚度为30nm，所述gaas基太阳能电池的窗口层表面构筑有维纳织构。

8、优选的，所述保护层通过用msa和tfa的混酸处理pbo纤维制备pbo纳米纤维，具体操作步骤如下：

9、步骤s1：将商业化的pbo纤维0.02wt％加入到体积比为9.3：0.7的tfamsa混酸溶液中，搅拌20min后得到pbo纳米纤维混酸溶液；

10、步骤s2：将0.1wt％的cnt和已制备的pbo纳米纤维溶液混合，搅拌1h后获得cnt/pbo纳米纤维混合分散液，为促进cnt和pbo纳米纤维的分散性进一步对cnt/pbo纳米纤维混合分散液进行超声处理1h；

11、步骤s3：3wt％的pva分散于去离子水中，90℃下搅拌2h使其溶解制备pva溶液。将20ml已制备的cnt/pbo纳米纤维分散液真空过滤通过孔径为0.45μm的聚四氟乙烯ptfe滤膜制备pbo纳米纤维增强的cnt膜，并使用乙醇洗涤3次去除该膜中残余的混酸；

12、步骤s4：随后取已制备的pva溶液15ml浇铸于pbo纳米纤维增强的cnt膜的表面。室温下自然干燥36h后获得pbo纳米纤维增强的cnt/pva双层膜。将双层膜浸入水中10min用以去除前一步骤中未清洗干净的酸，随后在室温下自然干燥，最后从ptfe滤膜上机械剥离下来以获得自支撑的双层膜。

13、优选的，所述gaas基太阳能电池的窗口层采用alinp材料，激光直写工艺在电池窗口层alinp材料表面精确制备纳米深度的十字交叉型阵列。

14、优选的，所述激光直写机的参数为：激光功率270mw，脉冲宽度490ns，激光波长405nm，电池表面槽型结构的深度控制在5nm内，线宽3.77nm。

15、(三)有益效果

16、与现有技术相比，本发明提供了一种用于微纳卫星的太阳能帆板材料，具备以下有益效果：

17、该一种用于微纳卫星的太阳能帆板材料，通过采用高强度、轻质的碳纤维复合材料作为基底，该材料具有优异的力学性能和耐腐蚀性，能够有效减轻卫星的整体重量，在基底材料上覆盖一层高效的光伏电池，该光伏电池通过表面构筑有维纳织构，具有高转换效率和长期稳定性；在光伏层上方涂覆一层透明的保护层，该保护层能够抵御太空中的高能粒子和紫外线辐射，保护光伏电池免受损伤。

1.一种用于微纳卫星的太阳能帆板材料，其特征在于，其主要由以下组分构成：基底层(1)、光伏层(2)、保护层(3)，所述基底层(1)的顶部覆盖有光伏层(2)，所述光伏层(2)的表面覆盖有保护层(3)；

2.根据权利要求1所述的一种用于微纳卫星的太阳能帆板材料，其特征在于：所述光伏层(2)为gaas基太阳能电池，所述gaas基太阳能电池的窗口层厚度为30nm，所述gaas基太阳能电池的窗口层表面构筑有维纳织构。

3.根据权利要求1所述的一种用于微纳卫星的太阳能帆板材料，其特征在于：所述保护层(3)通过用msa和tfa的混酸处理pbo纤维制备pbo纳米纤维，具体操作步骤如下：

4.根据权利要求2所述的一种用于微纳卫星的太阳能帆板材料，其特征在于：所述gaas基太阳能电池的窗口层采用alinp材料，激光直写机在电池窗口层alinp材料表面精确制备纳米深度的十字交叉型阵列。

5.根据权利要求4所述的一种用于微纳卫星的太阳能帆板材料，其特征在于：所述激光直写机的参数为：激光功率270mw，脉冲宽度490ns，激光波长405nm，电池表面槽型结构的深度控制在5nm内，线宽3.77nm。

6.根据权利要求1所述的一种用于微纳卫星的太阳能帆板材料，其特征在于：所述酚醛树脂溶液的浓度为0.107(g/ml)。