Satelity na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO) funkcjonują w niezwykle wymagających warunkach termicznych. Różnica temperatury pomiędzy częścią satelity, zwróconą w stronę słońca, a przeciwległą częścią, zwróconą w stronę kosmosu może przekraczać 200 °C. Podobne różnice temperatur występują wtedy, gdy satelita opuszcza obszar nasłoneczniony i wchodzi w cień Ziemi. W takiej sytuacji efektywna izolacja termiczna ma zasadnicze znaczenie dla funkcjonowania elektroniki, będącej na wyposażeniu satelity.
Technologia superizolacji, czyli izolacji wielowarstwowej MLI (multi-layer insulation), zaproponowana po raz pierwszy w 1951 roku, jest cały czas rozwijana, nie tylko pod kątem efektywności, lecz także wytrzymałości. W warunkach panujących w przestrzeni kosmicznej, najważniejszym sposobem transferu ciepła jest promieniowanie. Newralgicznym elementem superizolacji są więc arkusze metalicznej folii, charakteryzującej się wysokim współczynnikiem odbicia. Warstwy folii oddzielane są przekładkami z materiału o niskiej przewodności cieplnej.
W celu redukcji masy i zwiększania wytrzymałości mechanicznej złotej lub aluminiowej folii, jest ona spajana z folią poliestrową lub najczęściej – poliimidową. W szwajcarskim instytucie inżynierii materiałowej i technologii EMPA prowadzone są badania nad właściwościami folii aluminiowej na podkładzie poliimidowym. Szczególną uwagę poświęcono warstwie tlenków, formującej się pomiędzy metalem a tworzywem w procesie powlekania, która zapewnia dobrą adhezję między warstwami folii. Na potrzeby badawcze wykonano arkusz, złożony z folii poliimidowej o grubości 50 µm, powleczonej warstwą aluminium o grubości 150 nm. Pomiędzy nimi naniesiono warstwę tlenku aluminium o grubości zaledwie 5 nm. Otrzymana folia do złudzenia przypomina materiał, z którego wykonano osłonę słoneczną teleskopu JWST (James Webb Space Telescope), z tą różnicą, że tam warstwa tlenków uformowała się naturalnie, a szwajcarskim badaczom zależało na precyzyjnej kontroli jej parametrów, dlatego nanieśli ją w osobnym procesie.
Jak wyjaśnia Barbara Putz (EMPA), naturalna warstwa tlenków formuje się na powierzchni aluminium w przypadku powlekania tylko kilku rodzajów folii polimerowej, a jej grubość nie przekracza 5 nm. Opracowana metoda może w przyszłości umożliwić produkcję udoskonalonej superizolacji o lepszych właściwościach, dzięki możliwości kontroli grubości warstwy tlenków pomiędzy polimerową folią a aluminiową powłoką. Tym sposobem możliwe ma być także wykonanie folii z innych tworzyw, których zastosowanie jak dotąd było niemożliwe ze względu na słabą adhezję.
Z potencjału nowej metody otrzymywania folii metalowo-polimerowej mogą skorzystać producenci nie tylko aparatury satelitarnej i kriogenicznej, ale także różnego rodzaju podzespołów elektronicznych, na przykład elastycznych czujników.
empa.ch
