研究人員發現，使用高絕緣的鋁塗層聚合物薄膜可以改善柔性電子產品和醫療傳感器的性能。目前，鋁塗層聚合物薄膜被用來保護衛星免受極端溫度影響。Empa 的研究團隊成功地通過實施超薄中間層，使這種材料的耐受性進一步提高。博士生 Johanna Byloff 表示：「我們使用的材料組合與太空應用中使用的相同，例如歐洲的水星探測器 BepiColombo 或 NASA 的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的太陽遮陽板。」
這種薄中間層在太空應用中自然形成，而我們則是專門製造它，這使我們能夠調整其性質。太空望遠鏡的 21 米 x 14 米的太陽遮陽板也顯示了在太空中對複合材料的要求。除了大的溫度差異，絕緣層還面臨機械應力的考驗。Byloff 解釋道：「一方面，太陽遮陽板在望遠鏡運輸過程中被收起，並且必須在目的地展開，而不會導致層之間撕裂或分離。」另一方面，顆粒和太空垃圾可能會損壞薄膜。重要的是，損壞必須保持局部，不能像長裂縫一樣擴散到整個表面。
該團隊還指出，鋁塗層聚合物薄膜被用來為衛星提供極端溫度的屏蔽。在航天器上，超絕緣材料保護電子元件免受溫度波動的影響。對於低地球軌道的衛星，面向太陽的一側和背向的一側之間的溫度差約為 200 度。當衛星飛入地球的影子或從影子回到陽光照射的一側時，也會發生類似的溫度差——而這一過程每天發生 16 次，Empa 的研究員 Barbara Putz 說道。
電子元件在室溫下工作最佳，然而，由於直接暴露在太空環境中，超絕緣層本身也必須對極端條件具有抵抗力。研究人員還透露，最常用作薄膜結構基底的材料是極為耐用的聚酰亞胺。除了耐溫和耐真空外，這種材料的特點是鋁層特別容易與其附著。Putz 表示，這是因為在塗層過程中，聚合物和鋁之間會形成一層僅幾納米厚的中間層。
為了更好地了解中間層及其對材料性能的影響，Putz 和她的博士生 Johanna Byloff 選擇了一個簡單的模型系統：一層 50 微米厚的聚酰亞胺薄膜，表面塗覆 150 納米的鋁。研究人員在金屬和塑料之間施加了一層僅五納米厚的氧化鋁塗層。在這麼薄的中間層工作非常具有挑戰性。為了確保清潔的加工過程，研究人員使用了一臺來自 Empa 衍生公司 Swiss Cluster AG 的塗覆機，該公司由材料力學和納米結構實驗室的研究人員於 2020 年創立。根據新聞稿，該設備使得能夠在同一工件上逐個施加不同的塗覆工藝，而無需將其從真空室中移出。
研究人員強調，他們對模型薄膜進行了嚴格測試，包括拉伸實驗和溫度衝擊，並在化學和物理上對其進行表徵。研究結果顯示，新型中間層使材料變得更加彈性，並顯著提高了抗裂和防剝落的能力。接下來，研究人員希望改變中層的厚度，並將其應用於其他聚合物基材。Barbara Putz 表示，自然形成的中間層只能在少數幾種聚合物上形成，且厚度僅約五納米，這限制了其應用範圍。我們期望我們的人工中間層能夠在其他聚合物上實現多層系統，這些聚合物因塗層附著性差而以前無法使用。
