[發明專利]一種用于浮空島的閉孔耐壓微結構材料單元及其制造方法

在審

• 申請號: 201710275497.1
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN107416171A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 譚惠豐;王長國;連尹;應鵬華
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B64B1/06
• 分類號: B64B1/06
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司23206
• 代理人: 高媛

技術領域

本發明屬于浮空技術領域，具體涉及一種用于浮空島的閉孔耐壓微結構材料單元及其制造方法。

背景技術

飛艇等浮空器能替代無人機和衛星進行長期定點的駐空作業，在森林巡護，應急通信基站，天氣監測等諸多領域具有廣泛應用前景，具有高空停留時間長、覆蓋范圍大、任務成本低、工作壽命長、信息獲取與傳輸能力強等優勢；然而現有浮空器采用大容積浮升氣體充壓維型技術途徑，整體為大尺度柔性囊體結構，產品質量控制難度極大，無法工業化、標準化、規模化生產；囊體依靠壓力控型，大型囊體壓力調節難度大，受環境溫度變化影響大，囊體安全性難以保障；并且隨著應用要求的提高，具備持久駐空能力和高效率布署的浮空島成為目前發展需求，現有的浮空器在駐空穩定性及工業化生產方面受到限制，其成本和安全性無法有效控制，為了實現持久穩定駐空和快速的大規模裝備更需要進行新產品的研發。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有浮空器存在的上述問題，提供了一種用于浮空島的閉孔耐壓微結構材料單元及其制造方法，其技術方案如下：

一種用于浮空島的閉孔耐壓微結構材料單元，以下簡稱單元，它包含封套和封裝在封套內的球形碳分子，球形碳分子是單純由碳原子結合形成的穩定分子，如C₆₀，每個球形碳分子的直徑大于50微米，每個球形碳分子內設置壓力為50千帕至70千帕的低壓氦氣，能達到小于0.05公斤每立方米的平均密度，即小于或等于平流層的空氣密度，封套采用面密度小于50克每平方米的聚酰亞胺薄膜材料，封套內各球形碳分子之間的空隙為真空，50微米的球形碳分子如同一粒細砂一般，單元整體如一堆細砂封裝在封套內并抽真空，單元整體形狀可塑。

上述一種用于浮空島的閉孔耐壓微結構材料單元的制造方法，它包含如下步步驟：

第一步，將乙醇、水、氨水按體積比為3:2:1混合置于燒杯中，磁力攪拌1小時，再加入體積比占乙醇、水、氨水混合液20%至35%的正硅酸乙酯，繼續攪拌3小時，然后將產物分裝在離心管中，以10000轉每分的離心速率離心分離30分鐘后，倒掉離心管中的上層清液，再用去離子水和無水乙醇分別清洗，再放于100攝氏度的烘箱中干燥，制得直徑大于50微米二氧化硅顆粒；

第二步，將5-10克直徑大于50微米二氧化硅顆粒溶解在30毫升無水乙醇中，靜置至無水乙醇揮發完全，并可看到二氧化硅顆粒呈彩色，再將其放于馬弗爐中加熱至600攝氏度并保持3小時，制得自組裝的二氧化硅模板；

第三步，將自組裝的二氧化硅模板放于鉬舟中，并將鉬舟放于管式爐的石英管中間加熱，通入高純氦作保護氣，爐溫升至960攝氏度時，通入甲烷氣體，在這個過程中碳就沉積在了二氧化硅模板的表面，1小時后，關閉甲烷，停止加熱，待爐溫冷卻到室溫時，關閉氦氣，制得包裹在二氧化硅模板表面的球形碳分子；

第四步，將包裹在二氧化硅模板表面的球形碳分子在10%HF 溶液中浸泡，使二氧化硅模板溶解，再經砂芯漏斗過濾，并沖洗、干燥，得到內部氦氣壓力為50千帕至70千帕的球形碳分子；

第五步，將內部氦氣壓力為50千帕至70千帕的球形碳分子封裝在封套內并將封套抽真空。

本發明的有益效果為：可以實現工業化、標準化、規模化生產，在產品的質量控制和成本控制上具有較大優勢；受環境溫度、氣壓等環境條件變化敏感性很小，極大地提高了浮空島服役時間和服役可靠性，安全性得到保障；具備持久駐空能力，適合大規模構建形成模塊化浮空島。

附圖說明：

圖1是球形碳分子的結構示意圖。

具體實施方式：

參照圖1，一種用于浮空島的閉孔耐壓微結構材料單元，以下簡稱單元，它包含封套和封裝在封套內的球形碳分子，球形碳分子是單純由碳原子結合形成的穩定分子，如C₆₀，每個球形碳分子的直徑大于50微米，每個球形碳分子內設置壓力為50千帕至70千帕的低壓氦氣，能達到小于0.05公斤每立方米的平均密度，即小于或等于平流層的空氣密度，封套采用面密度小于50克每平方米的聚酰亞胺薄膜材料，封套內各球形碳分子之間的空隙為真空，50微米的球形碳分子如同一粒細砂一般，單元整體如一堆細砂封裝在封套內并抽真空，單元整體形狀可塑。

上述一種用于浮空島的閉孔耐壓微結構材料單元的制造方法，它包含如下步步驟：