空間光學成像系統(tǒng)用高尺寸穩(wěn)定光學聚酰亞胺薄膜

殷家家，毛丹波，范 斌，邊 疆，杜俊峰

空間光學成像系統(tǒng)用高尺寸穩(wěn)定光學聚酰亞胺薄膜

殷家家*，毛丹波，范 斌，邊 疆，杜俊峰

中國科學院光電技術(shù)研究所，四川 成都 610209

空間光學成像系統(tǒng)采用薄膜主鏡解決了大口徑、輕量化、空間折疊展開等難題，但大口徑光學透鏡的成像指標要求高、空間應用環(huán)境惡劣，對透鏡基底材料的性能要求嚴苛，其中尺寸穩(wěn)定性、空間環(huán)境適應性尤為重要。本文提出在分子結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)上，通過共聚合成的方法有效改性聚酰亞胺材料，通過在分子結(jié)構(gòu)中同時引入剛性鏈和分子鏈間氫鍵作用，在保證傳統(tǒng)聚酰亞胺高機械性能、高熱穩(wěn)定性的同時，改善其熱尺寸穩(wěn)定性、空間環(huán)境光學穩(wěn)定性。所得高尺寸穩(wěn)定性光學級聚酰亞胺薄膜材料綜合性能良好，是優(yōu)異的空間光學成像系統(tǒng)薄膜主鏡候選材料。

光學聚酰亞胺薄膜；高尺寸穩(wěn)定性；空間環(huán)境光學穩(wěn)定性

1 引 言

聚酰亞胺有機聚合物薄膜材料由于其優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、較高的機械強度、抗化學腐蝕性及抗電阻性被廣泛應用于航空航天、電子工業(yè)、屏幕顯示、醫(yī)療器械等領(lǐng)域[1-3]，其對國民經(jīng)濟建設(shè)和發(fā)展具有十分重要的意義。由于聚合物薄膜材料具有面密度輕且易折疊等優(yōu)點，在輕量化光學系統(tǒng)中的應用越來越廣。為了滿足空間光學望遠系統(tǒng)大口徑、高分辨率和重量輕等應用需求，研制大口徑衍射光學系統(tǒng)成為空間高分辨成像領(lǐng)域的一個重要發(fā)展方向。該方向主要是將二元光學原理應用于光學成像系統(tǒng)主鏡上，微結(jié)構(gòu)二元光學元件具有面型公差寬松、重量輕、結(jié)構(gòu)靈活、易于折疊展開等特點，目前微結(jié)構(gòu)二元光學元件主要包括菲涅爾透鏡和光子篩。

傳統(tǒng)光學元件一般采用無機材料，具有更高的尺寸穩(wěn)定性，例如具有更低的熱膨脹性(通常在0～15′10-6/℃，石英玻璃約為0.5′10-6/℃)，并且光學性能穩(wěn)定，熱環(huán)境變化其折射率變化較小。相比之下有機高分子材料，特別是聚酰亞胺薄膜材料一般具有較大的熱膨脹性，例如商業(yè)用Kapton-H芳香族聚酰亞胺薄膜CTE(coefficient of thermal expansion，熱膨脹系數(shù))在35′10-6/℃左右，受熱膨脹變化材料折射率會發(fā)生較大變化，光學均勻性、穩(wěn)定性受到影響。但是基于無機材料的光學透鏡，易碎且厚重，而基于有機光學基底材料面密度輕、強度較高、易折疊且易運輸，在未來光學系統(tǒng)中具有發(fā)展?jié)摿Γ貏e對于空間應用光學系統(tǒng)，其應用可大大減小對火箭運載能力的要求。因此研制具有高尺寸穩(wěn)定性的聚酰亞胺薄膜材料對輕量化光學系統(tǒng)的發(fā)展至關(guān)重要。

美國勞倫斯-立夫莫爾國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory)于1998年提出“空間衍射光學成像望遠鏡計劃”(Eyeglass Plan)[4]，其薄膜主鏡材料一直是研究重點。眼鏡計劃在2004年以Φ5 m衍射光學地面樣機被驗收，光學主鏡所用材料為康寧公司1737型薄玻璃板[5]。該眼鏡原計劃原目標為Φ20 m主鏡，由于材料技術(shù)等難題被擱置。2010年美國國防高級研究項目局(DARPA)啟動后續(xù)“薄膜型光學即時成像器”(MOIRE)項目[6]后，第一階段的主要目標就包括研制滿足空間光學應用的薄膜主鏡材料[7-8]。美國NeXolve材料公司負責了該項目的聚酰亞胺衍射光學薄膜的研制，直到現(xiàn)在，MOIRE項目所用主鏡材料均為NeXolve公司提供的光學聚酰亞胺薄膜[9]。

但是，在空間應用中，材料會面對復雜的熱交變環(huán)境。對于光學應用級聚酰亞胺薄膜材料，這些熱應力帶來的微小殘余應力即可帶來光學聚酰亞胺薄膜的形變，長期應力作用下可能會導致材料的蠕變，進而對光學系統(tǒng)造成影響。例如具有微結(jié)構(gòu)的菲涅爾薄膜衍射光學元件，過高的熱膨脹會導致薄膜上微結(jié)構(gòu)刻蝕深度、位置和寬度發(fā)生變化，造成衍射透鏡能量利用率下降、鬼像以及衍射雜散光等，對系統(tǒng)性能產(chǎn)生影響[10-12]。同時在不同的應用場景環(huán)境下，薄膜內(nèi)熱應力會加速材料的老化和失效過程。因此在材料設(shè)計階段，研制具有低熱膨脹性的高性能光學應用級聚酰亞胺薄膜材料非常重要。

本文以3,3',4,4'-聯(lián)苯四甲酸二酐(BPDA)和均苯四甲酸二酐(PMDA)為二酐，4,4'-二氨基苯酰替苯胺(DABA)為二胺合成了共聚型聚酰亞胺，通過在分子結(jié)構(gòu)中同時引入剛性鏈以及氫鍵作用，以此在保證傳統(tǒng)聚酰亞胺高機械性能、高熱穩(wěn)定性的同時，改善其在復雜環(huán)境下的熱尺寸穩(wěn)定性并保證其較高的光學透過率。通過工藝參數(shù)調(diào)整實現(xiàn)了大口徑聚酰亞胺薄膜的制備，其具有良好的光學均勻性。所得聚酰亞胺薄膜綜合性能良好，在空間輕量化光學系統(tǒng)中具有潛在的應用價值，是優(yōu)異的光學薄膜主鏡候選材料。

2 主要研究內(nèi)容

2.1 實驗部分

2.1.1 試劑與儀器

3,3',4,4'-聯(lián)苯四甲酸二酐(BPDA，分析純，98%，TCI)，均苯四甲酸二酐(PMDA，分析純，98%，TCI)，由于PMDA和BPDA極易吸潮，使用前需要將其在真空烘箱中進行烘烤干燥(120 ℃，6 h)預處理；4,4'-二氨基苯酰替苯胺(DABA，分析純，98%，TCI)；無水-甲基吡咯烷酮溶劑(NMP，分析純，阿拉丁試劑)。

2.1.2 聚酰亞胺薄膜的制備

將氮氣通入裝備有攪拌器的500 mL三口圓底燒瓶中，加入一定量DABA溶解于-甲基吡咯烷酮中，然后分別加入一定量PMDA和BPDA，反應溫度保持0 ℃，持續(xù)攪拌反應30 min，在室溫下反應24 h～48 h，反應完成后加入封端劑間苯二甲酸，繼續(xù)攪拌30 min，得到固含量為10.0%的聚酰胺酸膠液，將得到的膠液加壓過濾，并將得到的聚酰胺酸膠液真空除泡；利用旋涂機在石英基板上旋涂一定厚度的聚酰胺酸膠液濕膜，經(jīng)過加熱板預烘處理，然后通過程序升溫在真空烘箱中以100 ℃烘烤1 h，200 ℃烘烤1 h，350 ℃烘烤1 h，熱亞胺化過程完成后，脫膜得到厚度為25 μm的均勻薄膜。

2.2 性能測試部分

采用德國耐馳熱重分析儀TG-201F1對薄膜耐熱性進行了表征。試驗條件為：在氮氣保護下(40 mL/min)起始溫度為室溫，終止溫度為750 ℃，升溫速率為20 ℃/min。采用Q800(美國TA公司)系列熱分析儀分析聚酰亞胺薄膜材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(g)。測試條件為: 在氮氣氛圍下，頻率1 Hz，升溫速率為5 ℃/min，試樣尺寸20 mm×6.5 mm (×)，測試溫度范圍為50 ℃到500 ℃。采用TMA 402 Hyperion(德國耐馳熱機械分析儀)對薄膜熱膨脹系數(shù)進行了測試，熱膨脹系數(shù)測試試驗條件為在氮氣氛圍(20 mL/min)下，靜態(tài)牽引力為50 mN，升溫速率為5 ℃/min，溫度測試范圍為-150 ℃～100 ℃。采用PerkinElmer的Lambda 1050紫外可見分光光度計分析薄膜的透過率，測試條件為：波長200 nm～800 nm。采用激光干涉光學顯微鏡(德國，Bruker Optics)測定薄膜表面粗糙度。采用ZYGO激光干涉儀測定薄膜的透射波前，激光波長為632.8 nm，除去空腔系統(tǒng)誤差。采用Instron 5900系列萬能試驗拉伸機測試薄膜材料的拉伸強度等參數(shù)，拉伸速率為10 mm/min，樣條尺寸為150 mm×20 mm×25 μm (××)。采用紫外輻照試驗設(shè)備(非標)對薄膜耐輻照性進行了試驗，樣品尺寸為35 mm′35 mm′25 μm (××)正方形，總輻照量為1.8375 kcal/cm3，近紫外(200 nm～400 nm)試驗加速因子為4，遠紫外(115 nm～200 nm)試驗加速因子為10，完成試驗前后對樣品進行透過率測試。采用綜合輻照試驗設(shè)備(非標)對薄膜耐輻照性進行了試驗，樣品尺寸為35 mm′35 mm′25 μm (××)正方形，輻照源為60Cog，輻照劑量率為10 rad/s(Si)，總劑量為6.8′105rad(Si)，完成試驗前后對樣品進行透過率測試。

圖1 新型PI聚酰亞胺薄膜和傳統(tǒng)芳香族Kapton聚酰亞胺薄膜透過率對比。薄膜厚度均為25 μm，插圖為新型PI薄膜實物圖

圖2 (a) 本研究制備聚酰亞胺薄膜和(b) 商業(yè)購買Kapton聚酰亞胺薄膜透射波前測試結(jié)果(均為純膜，口徑300 mm，厚度25 μm，環(huán)狀固定測試)

3 結(jié)果與討論

3.1 聚酰亞胺薄膜的光學性能

制備的光學級聚酰亞胺薄膜相比于傳統(tǒng)的芳香族聚酰亞胺薄膜具有更良好的光學透過率，特別是紫外可見光區(qū)域透過率有顯著提高，圖1為制得聚酰亞胺薄膜材料和傳統(tǒng)芳香族聚酰亞胺薄膜(Kapton)透過率測試結(jié)果對比(插圖為新型聚酰亞胺薄膜實物圖)，根據(jù)結(jié)果可知，本研究制備聚酰亞胺薄膜500 nm到800 nm，平均透過率為82.0%，而傳統(tǒng)Kapton薄膜僅為71.2%。

同時對新型PI薄膜進行了透射波前和表面粗糙度測試。聚酰亞胺薄膜光學均勻性與薄膜厚度均勻性、折射率均勻性等多個因素有關(guān)，以透射波前誤差表征。薄膜口徑越大，其厚度均勻性越難控制，傳統(tǒng)聚酰亞胺薄膜的制備通常采用刮涂、流延法進行制備，但其厚度均勻性很難保證，且不能滿足光學應用的要求。本研究采用大口徑旋涂法制備聚酰亞胺薄膜，通過工藝控制實現(xiàn)了能夠滿足光學應用的大口徑聚酰亞胺薄膜制備。如圖2(a)為本研究制備所得口徑為300 mm的聚酰亞胺薄膜透射波前測試結(jié)果，圖2(b)為商業(yè)購買傳統(tǒng)刮涂法制備的Kapton聚酰亞胺薄膜透射波前測試結(jié)果，薄膜厚度均為25 μm。通過波峰到波谷(peak to valley, PV)和均方根(root mean square，RMS)值對比可知，本研究中通過旋涂法制備的聚酰亞胺薄膜厚度均勻性(PV=0.587；RMS=0.059)遠遠優(yōu)于商業(yè)Kapton聚酰亞胺薄膜(PVk=1.157；RMSk=0.183)，更加適用于對光學均勻性要求較高的光學系統(tǒng)中。

光學應用中對透鏡表面粗糙度有嚴格的要求，較高的表面粗糙度會造成光的散射，影響光學成像質(zhì)量以及工作穩(wěn)定性。商業(yè)購買聚酰亞胺薄膜表面粗糙度(Sq)為33.22 nm，如圖3(a)所示，本研究中所制備聚酰亞胺薄膜材料通過控制工藝參數(shù)以及實驗環(huán)境，有效地降低了薄膜材料的表面粗糙度，如圖3(b)所示，其表面粗糙度(Sq)可達3.41 nm。

3.2 聚酰亞胺薄膜的尺寸穩(wěn)定性

在一定熱交變環(huán)境下，材料由于熱膨脹作用會發(fā)生尺寸變化，從而造成薄膜基底上菲涅爾衍射微結(jié)構(gòu)尺寸的改變。以二階菲涅爾衍射元件為例(如圖4所示，刻蝕有菲涅爾環(huán)帶微結(jié)構(gòu)的薄膜透鏡及成像光路)，薄膜面外熱膨脹會帶來菲涅爾微結(jié)構(gòu)刻蝕深度改變，薄膜面內(nèi)均勻熱膨脹會導致微結(jié)構(gòu)環(huán)帶寬度變化和微結(jié)構(gòu)環(huán)帶的位置變化。

薄膜的波前誤差與菲涅爾透鏡設(shè)計數(shù)和環(huán)帶位置膨脹量Δ有關(guān)，且正比于膨脹量Δ。對于大口徑菲涅爾薄膜透鏡，面內(nèi)熱膨脹將引入環(huán)帶位置膨脹量Δ，則環(huán)帶光程差變化量為

透鏡數(shù)為/，為透鏡口徑。由上式可知，薄膜材料過高的熱膨脹系數(shù)會導致在溫度變化較大的環(huán)境下，菲涅爾微結(jié)構(gòu)環(huán)帶位置發(fā)生較大變化，特別對于大口徑菲涅爾薄膜透鏡，可能導致薄膜衍射元件能量利用率下降、鬼像以及衍射雜散光等對系統(tǒng)性能產(chǎn)生影響。

根據(jù)瑞利判斷，成功成像需保證因環(huán)境溫度引起的波前差不超過四分之一波長。因此要求環(huán)帶位置膨脹量Δ滿足：

對于口徑的薄膜衍射透鏡的熱膨脹系數(shù)需要滿足：

圖3 (a) 商業(yè)購買Kapton聚酰亞胺薄膜與(b) 本研究制備聚酰亞胺薄膜表面粗糙度測試結(jié)果

圖4 具有菲涅爾結(jié)構(gòu)的薄膜透鏡示意圖。f為焦距，rm為薄膜半徑

因此，考察材料熱交變環(huán)境下由于材料尺寸穩(wěn)定性帶來的衍射元件性能影響非常有必要，材料熱膨脹系數(shù)必須滿足光學成像質(zhì)量的要求，聚酰亞胺薄膜材料需滿足較高的尺寸穩(wěn)定性。本研究中嘗試通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計引入剛性鏈以及分子鏈間氫鍵相互作用提高材料的尺寸穩(wěn)定性。下面對其熱膨脹系數(shù)進行了測試，本研究制備聚酰亞胺薄膜具有優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性，測試結(jié)果如圖5所示，在-150 ℃到100 ℃區(qū)間內(nèi)其熱膨脹系數(shù)低至-1.71′10-6/℃，而Kapton薄膜熱膨脹系數(shù)為10.62′10-6/℃。

3.3 聚酰亞胺薄膜的熱學性能

熱穩(wěn)定性對于空間復雜熱循環(huán)環(huán)境下的聚酰亞胺薄膜材料使用性能非常重要。通過動態(tài)力學性能測試法(DMA)對薄膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(g)進行測試，結(jié)果如圖6(a)所示，本研究制備聚酰亞胺薄膜玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為306.81 ℃。圖6(b)為本研究制備聚酰亞胺薄膜的熱失重曲線和熱失重對溫度求導曲線，薄膜在測試前未進行任何預處理。由圖6(b)可知，薄膜在79.45 ℃出現(xiàn)微量的熱失重，推測主要由兩方面造成，一方面由于薄膜在存儲過程中存在一定的吸濕效應，另一方面薄膜內(nèi)存在少量的殘余溶劑，兩者隨著溫度升高脫出帶來熱失重。薄膜初始分解溫度為511.07 ℃，失重5%、10%、15%的溫度分別為501.92 ℃、542.84 ℃、582.76 ℃，1000 ℃時仍有63%的殘余，證明本研究制備聚酰亞胺薄膜具有良好的熱穩(wěn)定性。這主要是由于合成聚酰亞胺的原料分子鏈剛性較強，從而導致其耐熱性能較高。

圖5 本研究制備聚酰亞胺薄膜(黑線)與商業(yè)購買Kapton聚酰亞胺薄膜(紅線)熱膨脹系數(shù)(-150 ℃～100 ℃溫度范圍內(nèi))測試結(jié)果

圖6 本研究制備聚酰亞胺薄膜DMA (a)和Tg (b)分析測試結(jié)果

3.4 聚酰亞胺薄膜的力學性能

本研究制備聚酰亞胺薄膜的力學性能測試結(jié)果如圖7所示，在同一聚酰亞胺薄膜上不同位置取三個薄膜樣條，通過萬能試驗機進行拉伸強度測試。根據(jù)測試結(jié)果計算出三個樣品的平均拉伸強度為200.6 MPa、平均最大應力為84.2 N，平均斷裂伸長率為4.57%。薄膜的力學性能表現(xiàn)優(yōu)異。

3.5 空間環(huán)境光學穩(wěn)定性

空間環(huán)境應用的聚酰亞胺薄膜材料，通常會暴露在真空紫外線和近紫外線中。真空紫外線在紫外光譜中所占比重較少，但真空紫外對聚酰亞胺膜的影響較明顯，近紫外輻照下PI膜的光學性能近乎不變。為了考察新型聚酰亞胺的空間環(huán)境光學穩(wěn)定性，對新型聚酰亞胺薄膜進行了115 nm～400 nm波段的太陽真空紫外輻照試驗，圖8為輻照前后樣品透過率曲線。由實驗結(jié)果可知(表1)，經(jīng)過1.8375 kcal/cm3劑量紫外輻照后，樣品光學性能出現(xiàn)了一定程度的下降，在500 nm～800 nm波長范圍內(nèi)其平均透過率下降了0.36%，但是下降率較小，對聚酰亞胺薄膜的光學穩(wěn)定性影響較小。

圖7 同一薄膜上三個不同位置薄膜樣品的拉伸強度測試結(jié)果

圖8 本研究制備聚酰亞胺薄膜紫外輻照試驗前后透過率對比

為了進一步研究新型聚酰亞胺薄膜的空間環(huán)境光學穩(wěn)定性，采用60Cog輻照源對新型聚酰亞胺薄膜進行了總劑量輻照試驗，輻照劑量率為10 rad/s(Si)，總劑量為6.8′105rad(Si)。輻照前后透過率變化對比結(jié)果如圖9所示。通過表1總結(jié)結(jié)果可知，在一定量總劑量輻照后薄膜在500 nm～800 nm波長范圍內(nèi)其平均透過率并沒有發(fā)生很大變化，光學性能保持穩(wěn)定。

表1 本研究制備的聚酰亞胺薄膜經(jīng)過一定劑量真空紫外輻照和總劑量輻照前后 在500 nm～800 nm波段范圍內(nèi)的平均透過率變化

4 結(jié) 論

綜上所述，本文針對基于聚酰亞胺薄膜材料的光學元件空間應用的需求，以光學級聚酰亞胺薄膜材料的熱膨脹性能和光學均勻性調(diào)控為主要研究對象，提出通過分子設(shè)計，制備合成兼具高尺寸穩(wěn)定性和良好光學均勻性的空間應用光學級聚酰亞胺薄膜材料。合成的聚酰亞胺由于含剛性結(jié)構(gòu)、氫鍵等結(jié)構(gòu)，具有更低的CTE、良好的光學透過率、優(yōu)異的耐熱性能和力學性能。并且通過良好的工藝控制實現(xiàn)了具有良好光學均勻性的較大口徑的聚酰亞胺薄膜的制備。為考察新型聚酰亞胺薄膜的空間環(huán)境光學穩(wěn)定性，對薄膜進行了一定劑量的真空紫外輻照和總劑量輻照試驗。結(jié)果證明紫外輻照對薄膜可見光區(qū)域平均透過率有一定降低，總劑量輻照對薄膜的可見光區(qū)域平均透過率沒有太大影響。以上研究結(jié)果為以后空間輕量化大口徑薄膜衍射透鏡材料選擇提供參考。

圖9 本研究制備聚酰亞胺薄膜總劑量輻照試驗前后透過率對比

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High dimensional stability polyimide membrane material for space optical imaging system

Yin Jiajia*, Mao Danbo, Fan Bin, Bian Jiang, Du Junfeng

Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu, Sichuan 610209, China

(a) The comparison of the new designed PI membrane (black line) and commercial Kapton PI membrane (red line) CTE results; (b) The wave-front errors of the new designed PI membrane

Overview:Polyimides are a kind of high performance polymer with excellent chemical resistance, thermal stability, and mechanical properties. It is a good candidate material for building space large aperture lightweight optical imaging system. For example, to provide geosynchronous-orbit Earth observation capabilities the Membrane Optical Imager Real-time Exploitation(MOIRE) program, sponsored by the Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) seeks to further the technology development related to ultra light diffractive polyimide membrane-based telescopes. But there are strict requirements for the mirror material because of the harsh space application environment and the high optical imaging quality requirements. Under the space thermal alternation application environment, the temperature change can lead to deformation of the microstructure on the membrane, and then cause image distortion. A membrane optic is an optical system component with a large size, small thickness, and optical precision, so the membrane material and the manufacturing process are nontrivial. The dimensional stability and the optical homogeneity are two essential factors for large aperture optical mirror material. However, it's difficult for traditional aromatic PIs to simultaneously meet the challenging requirements of high dimensional stability, optical transmission, good thermal stability, and mechanical properties. Also it’s hard to get large aperture PI films with good optical homogeneity based on the current membrane preparation process. In this research, based on the molecular structure design, rigid molecular chain and hydrogen chain have been introduced to polyimide to improve the dimensional stability and guarantee the excellent mechanical, optical, and thermal properties of the polyimide membrane. At the same time, by optimizing the membrane forming process, the wave-front error of the PI film can meet the requirements of optical use in diffractive imaging system. Compared with commercial Kapton polyimide membrane, the CTE of the new designed PI is ultra-low which is only -1.71′10-6/℃ in the temperature range of -150 ℃～100 ℃. Also, the tensile strength of the new designed PI is 200.6 MPa. The glass-transition temperature of it is 306.81 ℃. And the average transmittance of designed PI at 500 nm～800 nm is 82.9%. By optimize the membrane fabrication process parameters, the PV and RMS ofF300 mm membrane can reach to 0.587/0.059(=632 nm). Also, the designed PI shows a good optical stability of the space environment. The obtained optical grade polyimide with high dimensional stability and good optical homogeneity. The excellent comprehensive properties is a good candidate for diffractive lightweight optical application. Also, it will be a good candidate for the optical system of many other fields like high power lasers and solar cells.

Yin J J, Mao D B, Fan B,High dimensional stability polyimide membrane material for space optical imaging system[J]., 2021, 48(10): 210150; DOI:10.12086/oee.2021.210150

High dimensional stability polyimide membrane material for space optical imaging system

Yin Jiajia*, Mao Danbo, Fan Bin, Bian Jiang, Du Junfeng

Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu, Sichuan 610209, China

Polymer membranes are attractive mirror candidate for the space large aperture lightweight optical imaging system. But there are strict requirements for mirror material because of the harsh space application environment and the high optical imaging quality requirement. The dimensional stability is one of the most important properties for optical mirror material. In this research, based on the molecular structure design, rigid molecular chain and hydrogen chain have been introduced to polyimide to improve the thermal dimensional stability. At the same time, the excellent mechanical, optical and thermal properties of the polyimide membrane have been guaranteed. The obtained optical grade polyimide has high dimensional stability, and the optical stability of the space environment and the excellent comprehensive properties are good candidates for the lightweight optical application.

optical grade polyimide; high dimensional stability; optical stability of space environment

National Key Research and Development Program Fund (2016YFB0500200)

10.12086/oee.2021.210150

TQ323.7

A

* E-mail: yinjj@ioe.ac.cn

殷家家，毛丹波，范斌，等. 空間光學成像系統(tǒng)用高尺寸穩(wěn)定光學聚酰亞胺薄膜[J]. 光電工程，2021，48(10): 210150

Yin J J, Mao D B, Fan B, et al. High dimensional stability polyimide membrane material for space optical imaging system[J]. Opto-Electron Eng, 2021, 48(10): 210150

2021-05-10；

2021-07-13基金項目：國家重點研發(fā)計劃“地球觀測與導航專項-靜止軌道高分辨率成像相機系統(tǒng)技術(shù)”資助課題(2016YFB0500200)

殷家家(1989-)，女，博士，助理研究員，主要從事光學材料方面的研究。E-mail：yinjj@ioe.ac.cn

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