聚酰亚胺（PI）薄膜因其具有优良的机械性能、良好的热性能等性能，在航
空航天领域应用广泛，但应用在空间光学成像方面的报道极少。要将PI 薄膜用
于空间成像，对其本身的抗原子氧（AO）性能、光学均匀性、尺寸稳定性以及
力学性能等要求极为苛刻。
论文的主要研究内容包括以下几个部分：
1.本文实现了100mm 口径低热膨胀系数抗拉伸PI 薄膜的光学均匀性满足瑞
利判据，具有成像领域应用的潜力。除了光学均匀性之外，该PI 薄膜的拉伸强
度为285MPa，是PMDA-ODA 型PI 薄膜的拉伸强度的~2.6 倍；热膨胀系数约为
3.2 ppm•K-1，可以与Novastrat®905 相媲美，比商品化PI 薄膜低一个数量级。这
些优良的基础性能为进一步改进PI 薄膜的空间适应性预留了更大的空间。
2.为了进一步从本体角度提升杂化膜的力学性能，本研究以BPDA 和DABA
为本体的二酐和二胺。将二者与水解共缩合法制备的NH2-POSS 进行共缩聚反
应，获得了一组NH2-POSS 含量不同的PI 杂化薄。结果表明，当AO 通量为
4.22×1020 O atom•cm-2 时，30wt%含量的PI 杂化膜的AO 体积剥蚀率为0.23×10-24
cm3·atom-1，为未改性的纯PI 薄膜的2.7%。
3.研究发现，当AO 辐射剂量达到4.22×1020 O atom•cm-2 时，含量为30wt%
的A2+B3 型杂化膜的AO 体积剥蚀率为0.09×10-24cm3·atom-1，仅为未改性的纯
PI 薄膜的1%。值得一提的是，30wt%HBPSi-PI 仍然能够表现出良好的机械性能，
拉伸强度和断裂伸长率分别为211.4MPa 和6.9%。在能够接受的透过率的前提下，
增大杂化膜的厚度可以延长杂化膜的服役寿命。相对于纯膜，30wt%型杂化膜经
过24 小时AO 作用前后透过率的降低得到了抑制，600nm 处的变化量仅为10.8%
左右。
4.采用共缩聚反应将合成的NH2-HBPSi 嵌入PI 主链，制备了具有良好力学
性能的光学均匀的耐AO PI 杂化膜。NH2-HBPSi/PI 杂化膜的X 射线衍射谱图表
明NH2-HBPSi 被顺利地嵌入PI 链中。NH2-HBPSi 大分子为所得杂化膜赋予了良
好的抗AO 性能。在地面模拟AO 环境中通过实验证明，在完整的二氧化硅保护
层形成之前，杂化膜的单位面积质量损失呈下降趋势。当NH2-HBPSi 占固体含量的30%时，经24h AO 侵蚀后，杂化膜的单位面积质量损失下降到纯聚酰亚胺
的1%，表现出最小的AO 剥蚀率：0.094×1025 cm3•atom-1。在30wt%HBPSi-PI
薄膜中获得了稳定的光学均匀性，满足Rayleigh 判据，这主要是由于选择了最
佳工艺参数。同时，30wt%HBPSi-PI 具有良好的机械性能，拉伸强度和断裂伸长
率分别为228.9MPa 和7.3%。SEM 的结果表明，在AO 辐照后，纯聚酰亚胺大
部分被侵蚀，而30wt%HBPSi 聚酰亚胺的表面形貌没有明显变化。
5.当AO 通量为4.22×1020 O atom•cm-2 时，含量为30wt%的（A2’+B3’+C4’ ）
型杂化膜的AO 体积剥蚀率为0.27×10-24cm3·atom-1，仅为未改性的纯PI 薄膜
的3.2%。而30wt%型杂化膜经过24 小时AO 作用前后透过率的降低得到了抑制，
600nm 处的变化量仅为11.75%左右。这为杂化膜在AO 辐照后满足透过率要求
以及延长杂化膜的LEO 环境服役寿命提供了更多的可能的空间。
本文对BPDA-DABA 型基体PI 薄膜进行了空间适应性方面的综合改进。研
究了三种不同类型的硅氧烷结构对BPDA-DABA 型基体光学PI 薄膜空间适应性
的影响。本文的研究结果将为PI 杂化膜在空间成像领域的应用奠定基础。