光触媒による軌道上汚染処理システムの開発

利用光触媒的轨道污染处理系统的开发

基本信息

批准号：
22KJ3186
负责人：
下迫直樹
金额：
$ 3.08万
依托单位：
Japan Aerospace EXploration Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

2年目は，1年目に作製した真空装置を用いて，宇宙機のアウトガス成分のひとつであるオレアミドに汚染された光学ガラスの透過率変化を測定した．光学ガラスにオレアミドを真空蒸着させ，その光学ガラスの透過率変化と時間経過による影響を調べた．その結果，オレアミドは真空環境下，室温においてわずかに蒸発し，その蒸発によって試料表面のオレアミドはfilm likeからflake likeに構造が変化することがわかった．蒸発によって試料表面に存在するオレアミドの量は減少しているにもかかわらず，flake likeになった結果，散乱強度が増加し，オレアミドで汚染された光学材の透過率が著しく低下することを解明した．また，水晶振動子（QCM）電極上に二酸化チタン粒子をバインダーによって固定化し，その試料にクエン酸を真空蒸着させ，QCMの固有振動数の変化からクエン酸の質量減少量，つまり，二酸化チタンの光触媒活性を見積もった．大気中では，付着させたクエン酸を完全に分解することができた．真空環境下においても，クエン酸を分解することができ，真空環境下における分解量は，一般的な人工衛星のEnd of Lifeでのコンタミ許容量に匹敵する量であった．このことから，一般的な光触媒材料である二酸化チタンでも，クエン酸が分解対象であれば，真空環境下において十分な光触媒活性を有しており，宇宙応用に有望であることを示した．また，QCMを用いた光触媒活性の評価は真空環境下において有効な手法であることも示した．これらの研究の他に，竹を原料したセルロースナノファイバー（CNF）のアウトガス特性を調べた．その結果，竹由来のCNFからは有機物のアウトガスが放出されず，水の放出のみが確認された．この結果から，竹由来のCNFはアウトガス低減の新規有機材料として，期待できることを明らかにした．

第二年，我们使用第一年创建的真空设备来测量被油酰胺污染的光学玻璃的透射率变化，油酰胺是航天器的排气成分之一。将油酰胺真空沉积在光学玻璃上，研究光学玻璃的透射率随时间的变化及其影响。结果表明，油酰胺在室温真空环境下有轻微蒸发，这种蒸发导致样品表面油酰胺的结构从薄膜状变为片状。尽管样品表面存在的油酰胺的量因蒸发而减少，但它变成了片状，导致散射强度增加，并且被油酰胺污染的光学材料的透射率显着降低。此外，用粘合剂将二氧化钛颗粒固定在石英晶体振荡器（QCM）电极上，将柠檬酸真空沉积在样品上，并根据QCM固有频率的变化确定柠檬酸的质量损失，即估计二氧化钛的质量损失量。在大气中，附着的柠檬酸可完全分解。即使在真空环境中也可以分解柠檬酸，并且真空环境中的分解量与典型人造卫星寿命结束时的污染耐受性相当。这表明，即使是常见的光催化材料二氧化钛，在以柠檬酸为分解目标的真空环境下也具有足够的光催化活性，使其在空间应用方面具有广阔的前景。我们还表明，使用 QCM 评估光催化活性是真空环境下的一种有效方法。除了这些研究之外，我们还研究了由竹子制成的纤维素纳米纤维（CNF）的除气特性。结果证实，来自竹子的CNF没有释放出有机逸气，仅释放出水。这些结果表明，竹子衍生的 CNF 有望成为减少排气的新型有机材料。