中国科学院特种无机涂层重点实验室


来源:中国粉体网   山川

[导读]  中国科学院特种无机涂层重点实验室的前身为中国科学院上海硅酸盐研究所第六研究室,实验室的成立是为了解决国家现代化建设急需的特种涂层材料前沿研究课题。

实验室简介


中国科学院特种无机涂层重点实验室的前身为中国科学院上海硅酸盐研究所第六研究室,成立于上世纪六十年代。该实验室的成立是为了解决国家现代化建设急需的特种涂层材料前沿研究课题。



自我国第一颗人造卫星“东方红一号”研制以来,实验室承担了我国几乎所有特种无机热控涂层的研制和生产任务。实验室开展了各类保护涂层和功能涂层材料的研究,研制成功热控涂层、高温隔热涂层、高温抗氧化涂层、耐磨涂层、生物相容涂层等多个涂层系列,其中70余项获国家、中科院和上海市奖励。


特种无机涂层重点实验室结合国家经济建设和国家安全保障的需要,以应用基础性研究为先导,以高技术创新和应用发展研究为主体,从事高性能无机涂层材料的应用基础与工程化研究。


从事的应用基础研究,重点围绕对未来科技发展具有重要制约影响的无机涂层材料或涂层本身性能突破将对产品性能产生重大影响的课题进行。


从事的高技术创新和应用开发研究,重点围绕国家急需的关键新材料或高性能材料研制生产展开,以提高产品性能稳定性、质量可靠性以及生产效率为目标,同时开展涂层材料的生产技术改进与工艺优化研究,为航空航天重大型号配套任务,提供小批量、多批次、多类型的特种无机涂层材料产品。其研究领域有以下几个方面。


特种功能涂层


自1970年,实验室研制的铝光亮阳极氧化涂层在中国第一颗人造卫星“东方红一号”上取得了成功应用以来,开展了各类航天特种无机材料的研究。很多研究成果已经在中国航天科技任务中得到了应用。


1、热控涂层  


玻璃型二次表面镜热控涂层(OSR)


玻璃型二次表面镜热控涂层具有很低的吸辐比(as/eH),优异的空间环境稳定性,已在卫星热控系统中得到大量应用。


柔性薄膜热控涂层


薄膜型热控涂层产品种类繁多,可任意裁剪,在卫星多层外表及散热面有广泛应用。研制的薄膜涂层有黑色渗碳聚酰亚胺薄膜、F46薄膜镀银二次表面镜热控涂层、聚酰亚胺镀铝二次表面镜热控涂层、双面镀铝聚酯薄膜、双面镀铝聚酰亚胺薄膜、双面镀铝聚酯薄膜单面压敏胶、聚酰亚胺薄膜双面压敏胶等。其中渗碳黑色聚酰亚胺薄膜已应用于多颗中国卫星,证明其具有良好的空间环境稳定性。薄膜的独特性能使其不仅能用于卫星表面的热控制和防静电控制,而且还能抑制不必要的杂散光反射。


 涂料型热控涂层


涂料型热控涂层有很低的吸辐比(as/eH),优异的空间环境稳定性,可大面积复杂形状表面喷涂,已成功应用于辐射器散热面;卫星环形板、消旋罩、腰带;卫星二次电源板;卫星辐冷器辐射环、二次分离转接环以及红外地平仪和次镜罩等热控面。


 电化学型热控涂层  


电化学及化学转换型热控涂层具有热控指标可调、与基材结合牢固、空间环境稳定性好、不受基材形状限制等优点,涂层可在铝合金、钛合金、镁合金、铝基复合材料、石英玻璃、碳纤维增强熔石英等多种基材上制备,产品几乎应用于所有型号航天器。研制的涂层有铝及铝合金光亮阳极氧化热控涂层、铝箔光亮阳极氧化热控涂层、铝及铝合金黑色阳极氧化热控涂层、消杂光热控涂层、铝合金低辐射金膜热控涂层、不锈钢耐高温高辐射热控涂层、微弧氧化热控涂层、铸镁合金黑色化学转换热控涂层等


2、空间攻防用防护涂层


(1)抗激光涂层  


(2)特种雷达隐身涂层


生物医用涂层


实验室在生物材料领域有50余年的研究历史,在生物医用涂层材料的基础理论(生物活性机理、体内外生物相容性、成骨分化行为、抗菌机制等)及应用研究方面有较好的工作积累。实验室对生物医用涂层材料的设计和制备开展了以下两方面的研究。


1、通过构建微米和纳米尺度的表面结构来增强骨植入体与人体骨组织间的界面结合。在微米尺度的设计方面,制备了约100至500微米的贯通孔结构钛(Ti)涂层,该类涂层能够促进细胞长入,并提高间充质干细胞的成骨分化能力。


在纳米尺度的设计方面,制备了具有纳米线表面结构的钛涂层,该类涂层有利于体液中血清蛋白在其表面吸附,从而促进成骨细胞的粘附、增殖和分化;研究结果显示,该类涂层通过活化Integrin β1/ROCK/FAK/ERK信号通路而诱导间充质干细胞向成骨细胞分化。


纳米结构钛涂层促进干细胞成骨分化的潜在分子机制


2、将生物活性元素引入涂层材料,增强成骨细胞对涂层的生物学响应,从而提高骨植入体的骨整合能力。制备了一系列含生物相容离子(镁、锌、锆、锶、铁等)的硅酸钙类陶瓷涂层。


研究表明,不同离子修饰的涂层对成骨诱导、成血管化和抗菌能力具有不同的促进作用。此外,利用生物化学方法将I型胶原和透明质酸等生物大分子嫁接到多孔钛涂层表面,构建类细胞外基质;该类涂层有利于提高干细胞的粘附和成骨分化,能够有效促进早期新骨再生。


实验室发表相关学术论文150 余篇,绝大部分为SCI 和EI 收录,包括Biomaterials, Acta Biomaterialia, Journal of Biomedical Materials Research, Journal of Colloid and Interface Science 等期刊。承担国家自然科学基金项目(重点、面上、青年)、863、973项目等国家重点项目、中科院知识创新方向性项目、上海市基础研究项目、上海市科技攻关项目及其它各类重要科研项目二十余项。


采用真空等离子喷涂技术研制的多孔钛涂层和生物活性羟基磷灰石涂层已获临床应用。累计制备骨科植入医疗器械(人工关节、脊柱植入体等)涂层产品超过30万件,临床应用效果良好,社会与经济效益均较明显。相关研究工作获国家发明三等奖一项(1983年)、上海市科技进步二等奖两项(2002和2009年)。


特种防护涂层


主要开展高温隔热抗氧化涂层、耐磨涂层、防核辐射涂层等方向的研究。其中高温隔热抗氧化涂层的研究定位是以新一代航空、航天发动机和工业燃气轮机等配套材料应用为背景,研制高性能、长寿命的高温结构防护涂层材料,以提高极端环境下的材料使用温度与寿命。耐磨涂层方面主要开展苛刻条件(如高载荷、高速、高温、或真空等)下涂层摩擦磨损与失效机制研究,研制性能稳定、工艺可靠的耐磨涂层,为国家重大需求和涉及能源、环保等的民用项目提供涂层材料配套。


1、高温热障涂层


2、耐磨涂层


3、耐腐蚀涂层


4、多层隔热材料


5、舷窗玻璃


涂层服役行为表征


重点开展新型涂层的材料计算机设计、极端条件下的性能表征技术与装备、服役环境下材料的稳定性、演化行为与失效机制、寿命评估与预测等研究以及材料数据库建设,为我国今后十年航空航天及生物医用领域涂层材料开发,提供理论指导和应用依据。


1、热物性能测试



2、空间环境模拟实验


长期真空-紫外辐照模拟设备


3、其他


可对GJB 2502.2-2006、GJB 2502.3-2006、GJB 2704A-2006、ASTM C1549-2009(2014)、ASTM C1371-2015、ASTM E1980-2011、GB/T 1410-2006、JG/T 235-2014、GB/T 25261-2010、ISO9050-2003等标准相关光学、热学、电学性能等测试提供CNAS、CMA检测报告。


部分仪器装备



XRD(左)、薄膜厚度干涉仪 (右)


弓形框微波测试系统(左)、分光光度计(右)


磁控溅射镀膜机



电子束热蒸发镀膜机


来源:中国科学院特种无机涂层重点实验室官网


(中国粉体网编辑整理/山川)

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