[发明专利]基于石墨烯的空间原子氧注量探测方法

说明书

本申请公开了一种基于石墨烯的空间原子氧注量探测方法，将石墨烯膜附着在聚酰亚胺背面，在石墨烯膜的两端设置电极；将所述聚酰亚胺基底暴露在原子氧环境中，当所述聚酰亚胺基底被完全剥蚀后，石墨烯也会马上被剥蚀掉，位于所述石墨烯膜上的电路断路；因为石墨烯膜与原子氧的反应时间极短，因此测算所述石墨烯膜上的电路断路所需的时长，即可得到所述聚酰亚胺基底被完全剥蚀的时间t；原子氧在t时间内的注量Ф＝d/k，聚酰亚胺基底的原子氧剥蚀率k和聚酰亚胺基底的厚度d已知，聚酰亚胺基底厚可以根据探测需要进行灵活设置，使得该探测方法适于不同寿命航天器原子氧探测任务的需求。

技术领域

本发明一般涉及空间环境探测技术领域，具体涉及一种基于石墨烯的空间原子氧注量探测方法。

背景技术

在低地球轨道上(200～700 km)，空间原子氧环境是危害航天器安全的主要环境因素之一。虽然原子氧的密度不是很大，一般在10⁵～10⁹cm^-3左右，但是由于原子氧的化学活性高，同时与轨道上的航天器相对运动速度大（7.8km／s左右），因此增大了原子氧对航天器的撞击能量（约5eV）和通量。原子氧一方面会溅射航天器表面材料，另一方面会与航天器表面材料发生化学反应，从而导致材料物理和化学性质发生变化，使功能性材料性能退化，威胁航天器的寿命与可靠性。

评价航天器表面材料在原子氧环境下的性能退化情况，首先必须了解原子氧环境，空间原子氧环境探测试验是原子氧效应研究中最重要的工作之一，原子氧环境探测离不开探测仪。目前原子氧探测的方法主要有质谱法、薄膜电阻测量方法、半导体材料吸附感知方法、化学热探头感知方法等。其中薄膜电阻测量方法由于工艺简单，是较常用的一种探测原子氧的方法。该方法将薄膜暴露在原子氧环境中，并受到原子氧的刻蚀作用，因此薄膜的厚度不断变薄，导致电阻值变化，通过薄膜电阻变化来分析原子氧的通量。但是该方法因为现有薄膜材料与原子氧的反应的局限性，导致探测器工作时间较短。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种基于石墨烯的空间原子氧注量探测方法。

为了克服现有技术的不足，本发明所提供的技术方案是：

本发明提供一种基于石墨烯的空间原子氧注量探测方法，其特殊之处在于，所述方法包括：

将石墨烯膜附着在聚酰亚胺背面，在所述石墨烯膜的两端设置电极；

将所述聚酰亚胺基底暴露在原子氧环境中，当所述聚酰亚胺基底被完全剥蚀后，位于所述石墨烯膜上的电路断路；

测算所述石墨烯膜上的电路断路所需的时长，得到所述聚酰亚胺基底被完全剥蚀的时间t；

原子氧在t时间内的注量Ф=d/k，其中k为聚酰亚胺基底的原子氧剥蚀率，d为所述聚酰亚胺基底的厚度。

进一步地，所述石墨烯膜的厚度小于5nm。

进一步地，所述聚酰亚胺基底的厚度为1μm-1000μm。

进一步地，将单层或者多层的石墨烯膜附着在聚酰亚胺或其他有机聚合物背面包括：在生长了石墨烯膜的铜基底上涂覆聚甲基丙烯酸甲酯；待所述聚甲基丙烯酸甲酯固化后将所述铜基底腐蚀掉；将所述石墨烯膜设有所述聚甲基丙烯酸甲酯的一面与所述聚酰亚胺基底的背面贴合，清洗掉所述聚甲基丙烯酸甲酯。

在所述石墨烯膜上设置电极包括：将附有所述石墨烯膜的聚酰亚胺基底剪裁成长条状单元，在所述长条状单元的两端镀电极，或者将电极压紧于所述长条状单元的两端。

进一步地，所述长条状单元的长为5cm，宽为2cm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：