《面向載人航天的MEMS質譜儀關鍵技術研究》是依託清華大學，由唐飛擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：面向載人航天的MEMS質譜儀關鍵技術研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：唐飛
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目針對MEMS質譜儀涉及到的離子源、質量分析器和真空系統等關鍵部件進行深入系統研究，探索適於載人太空飛行器艙內空氣實時線上監測的MEMS質譜儀設計，解決主要部件設計中涉及到的關鍵科學和技術問題。主要研究內容包括：（1）研究場致發射離子源的機理，進行微型化場致發射離子源的結構和工藝設計，實現可在低真空條件下工作的、長壽命、電離效率可調的微型離子源；（2）對可降低真空系統要求、離子容量大且便於微型化的MEMS矩形離子阱質量分析器進行原理仿真與最佳化設計，完成其工藝研究與加工；（3）採用多種真空技術複合使用的方法，設計一種微型複合真空泵系統，實現真空系統的微型化；（4）利用所研製的MEMS質譜儀，設計實驗對微米尺度條件下離子在質譜分析的整個過程，即離子產生、傳輸、質量分離中的機理和特性進行研究，探索和建立微米尺度條件下離子運動特性分析的技術和方法。基於上述內容，完成面向載人航天的MEMS質譜儀研究。
結題摘要
載人太空飛行器長期在軌運行期間，由於材料放氣、太空人新陳代謝和泄漏事故等原因，艙內會產生多種微量有害氣體。而載人航天太空飛行器客艙是一個封閉的環境，艙內空氣污染物對人體健康有很大的危害，因此需要艙內空氣實時線上監測的微型氣體分析儀器。本項目基於MEMS技術進行了質譜儀微型化的研究，突破了微型離子源、MEMS離子阱質量分析器和微型真空系統等關鍵部件及其相關技術，研製出原理樣機。通過大量實驗，證明了該儀器能準確的進行氣體檢測，檢測到的質量下限低於50Th，質量上限高於300Th；檢測限低於100ppm。該項目在以下幾個方面取得創新：提出了一種MEMS場致電子發射離子源，提高了離子化效率；設計了MEMS矩形離子阱，顯著降低了質量分析器的尺寸、重量、功耗；設計了MEMS離子透鏡，提高了離子傳輸效率；研製了一種微型複合真空泵，可實現從大氣壓至高真空的全氣壓工作模式。發表學術論文12篇，其中SCI檢索12篇；申請發明專利9項，其中6項已授權。本課題研究成果可滿足載人航天任務中的氣體成分檢測需求，並為其他現場氣體成分檢測場合提供了有力的分析手段。
