空间光学成像系统采用薄膜主镜解决了大口径、轻量化、空间折叠展开等难题，但大口径光学透镜的成像指标要求高、空间应用环境恶劣，对透镜基底材料的性能要求严苛，其中尺寸稳定性、空间环境适应性尤为重要。本文提出在分子结构设计基础上，通过共聚合成的方法有效改性聚酰亚胺材料，通过在分子结构中同时引入刚性链和分子链间氢键作用，在保证传统聚酰亚胺高机械性能、高热稳定性的同时，改善其热尺寸稳定性、空间环境光学稳定性。所得高尺寸稳定性光学级聚酰亚胺薄膜材料综合性能良好，是优异的空间光学成像系统薄膜主镜候选材料。

提出了一种通过制作面内微结构实现聚酰亚胺薄膜面内热导率及表面红外发射率调控的方法。通过建立简化的二维热传导模型，实现了对具有周期性微结构薄膜面内等效热导率的计算。以此为基础，研究了微结构接触面积比及填充因子对等效热导率及等效红外发射率的影响。理论计算表明，当微结构的接触面积比为0.18、填充因子为0.28时，薄膜面内等效热导率仅为材料本身热导率的18.8%。实验制备了两种具有不同接触面积比和填充因子的聚酰亚胺薄膜。薄膜直径65mm，厚度约为500nm。采用非接触式面内热导率测量法测得无微结构薄膜的面内热导率为0.164W/mK,接触面积比为0.20及0.46的微结构薄膜的面内热导率分别为0.041W/mK和0.091W/mK，而发射率分别为0.161和0.175。

为了研究聚酰亚胺薄膜在308nm准分子激光下的剥离效果, 采用实验研究的方法, 分别探究了激光能量密度、光斑重叠率、脉冲频率、衬底温度对激光剥离效果的影响, 并结合显微镜观察剥离后的衬底和薄膜形貌。结果表明, 激光剥离能量阈值约为160mJ/cm2, 在激光能量密度为180mJ/cm2~190mJ/cm2左右、光斑重叠率为68.33%时, 剥离效果较好; 提高衬底温度有利于激光剥离过程。该研究对聚酰亚胺薄膜在柔性电子领域的工业化应用具有一定意义。

为解决软体气动驱动器弯曲变形的柔性传感测量问题, 提出将光纤光栅植入软体气体驱动器应变限制层进行曲率测量与形状重构的方法。建立了软体机构变形光纤传感重构算法模型, 理论分析了光纤光栅光谱变化与应变限制层弯曲曲率的关系。搭建了基于光纤光栅特性的软体传感、解调及曲率标定装置, 实验分析了不同曲率下光纤光栅反射光谱的特征, 得出光纤光栅中心波长漂移量与弯曲变形曲率的关系, 计算得出软体气动驱动器在不同弯曲状态下的曲率值, 重构出软体气动驱动器的变形形状, 验证了形状重构结果的正确性。实验结果表明：将光纤光栅植入软体气体驱动器应变限制层, 利用光纤光栅反射光谱变化可实现软体驱动器的曲率测量与形状传感, 3种弯曲状态下光纤光栅传感测量值与软体驱动器曲率标定值之间的最大误差为2.1 %。该光纤传感方法在软体气动驱动器柔性传感与闭环控制方面具有广阔的应用前景。

针对空间应用的柔性光学聚酰亚胺薄膜折射率均匀性检测要求, 本文提出以干涉测量法为基础, 采用光学聚酰亚胺薄膜制备所用基板的反射波前数据、薄膜未剥离成膜基板时上表面反射波前数据以及薄膜剥离基板后的透射波前数据有效测量此类柔性薄膜折射率均匀性。将棱镜耦合仪逐点测量数据作为对比项, 实验结果表明, 所提出的方法能高效可靠地对柔性薄膜全口径进行折射率均匀性检测。

优化设计了多种不同孔径和形状的太赫兹波段的亚波长金属孔阵列结构，结合超薄低折射率的聚酰亚胺(PI)薄膜，探索了太赫兹时域光谱技术对超薄低折射率的探测灵敏性。利用飞秒微加工技术制备了一系列亚波长金属孔阵列结构，利用太赫兹时域光谱技术测试了阵列结构的反射波谱，获得了强烈的反射共振现象。然后在亚波长金属孔阵列结构背面叠加PI薄膜，结果表明太赫兹反射峰出现了显著低频移动现象。利用这一现象，实现了低至10 μm的PI薄膜的有效探测，说明亚波长金属孔阵列结构在太赫兹传感领域对检测超薄低折射率薄膜材料有极强敏感性。

为了研究柱腔内气体对激光-等离子体相互作用及内爆对称性的影响, 详细给出了气袋靶制备及其在神光-Ⅱ靶场的应用情况。对气袋靶的靶型设计、靶材料选择及薄膜制备和充气工艺进行了系统的研究。制备的气袋靶主要由厚度为400 nm的聚酰亚胺薄膜和厚度为400 μm的铝支撑环构成, 利用装配在支撑环上的充气管实现对气袋靶的充气, 当充气完成后, 整个气袋靶膨胀为球状。

研究了采用二酐和二胺合成聚酰胺酸溶液,利用旋转涂层法制备聚酰亚胺薄膜的方法并对成膜机理进行了初步探讨.研究表明:在固定旋转时间时,通过控制合成聚酰胺酸的浓度和旋转速度可基本上控制薄膜的厚度,旋转涂膜法制备的聚酰亚胺薄膜厚度起伏小于5%,薄膜表面光洁度达到0.3～0.4 nm,0.3 μm厚聚酰亚胺薄膜的弹性模量为50～80 MPa.

主要研究了聚酰胺酸的合成和成膜,聚酰亚胺的热环化,柱腔充气靶的组装和检测,柱腔充气系统的研制,靶场装配和测量,采用准动态充气方式的充气工艺等.研究表明,在二胺和二酐按摩尔比1.01:1～1.02:1,反应温度0～5℃,反应时间2～3 h条件下,可以制备出厚度0.2～1.0 μm的聚酰亚胺薄膜;薄膜表面光洁度达0.3～0.4 nm,厚度起伏小于5%,薄膜厚度均匀性和表面光洁度都能满足充气靶端口膜的需要,可承受0.1 MPa的压力差;利用柱腔充气系统,可以实现打靶现场配气与充气,并准确控制和测量靶内的气压,测量的误差小于0.1%.

在100 ℃, 150 ℃和270 ℃下固化得到了四种聚酰亚胺薄膜, 薄膜的固化温度对其性能有重要影响。 采用波长把5 nm的偏振紫外脉冲激光,在四种聚酰亚胺薄膜表面成功制备了纳米微条纹结构, 并研究了固化温度对微结构的形成过程及其形态的影响。