聚酰亚胺薄膜（Kapton）是一种重要的空间聚合物材料，但在低地轨道空间环境中会由于原子氧侵蚀而造成质损和各种性能的退化，因此其空间耐久性成为人们关注的问题之一。氧化物薄膜是最常用的原子氧防护层，而薄膜韧性、致密性、厚度以及与基体的结合力是影响其抗原子氧性能的主要因素。本文采用溶胶－凝胶（Sol-Gel）法在Kapton表面制备了几种改性氧化物薄膜，通过地面激光原子氧地面模拟装置对其进行暴露试验，然后通过扫描电子显微镜、原子力显微镜、傅立叶变换红外光谱、X射线光电子能谱、X射线衍射等分析方法对原子氧暴露前后薄膜的结构和性能进行分析，并探讨了各种薄膜的原子氧侵蚀机理。　　首先，以正硅酸乙酯（TEOS）和γ-（甲基丙稀酰氧）丙基三甲氧基硅烷（MEMO）为前驱体在Kapton基体上制备了有机/无机杂化氧化硅薄膜。结构分析表明，MEMO/SiO2杂化薄膜为致密的无定形非晶结构，MEMO具有优先沉积的特点，其中的有机成分增加了薄膜韧性以及与基体的结合。原子氧暴露结果表明，MEMO/SiO2镀膜Kapton的原子氧侵蚀速率较原始Kapton下降了一个数量级，相对而言，0.2MMEMO/SiO2薄膜的抗原子氧性能最好。经原子氧暴露后，MEMO/SiO2杂化薄膜趋向于转化为稳定的SiO2结构，MEMO的加入减少了脆化裂纹生成的倾向，但当MEMO含量大于0.2M时，过量有机基团区造成原子氧穿透性侵蚀。　　其次，以异丙醇铝（Al(C3H7O)3）为前驱体在Kapton基体上制备了氧化铝薄膜，薄膜为AlOOH晶体结构。原子氧暴露结果表明，AlOOH镀膜Kapton的原子氧侵蚀速率较原始Kapton下降了一个数量级，相比较来说，厚度较小的AlOOH薄膜抗原子氧性能最好。原子氧暴露过程中，AlOOH薄膜趋向于转化为稳定的γ-Al2O3结构。特别需要指出的是，与MEMO/SiO2杂化薄膜不同，原子氧暴露过程中AlOOH薄膜没有出现裂纹，但颗粒间的微孔成为原子氧侵蚀基体的途径。　　基于以上两种薄膜的研究，以异丙醇铝（Al(C3H7O)3）和正硅酸乙酯（TEOS）为前驱体制备了氧化铝－氧化硅复合膜。随Si含量增加，复合膜的表面形貌由类似AlOOH薄膜的颗粒状逐渐转变为类似SiO2薄膜的平面状。结构分析表明，复合膜为AlOOH晶体和非晶SiO2组成的两相结构，两相界面为Al-O-Si键结构。原子氧暴露结果表明，当Al/Si摩尔比为1/1和1/2时，镀膜Kapton的原子氧侵蚀速率较原始Kapton下降了两个数量级。与前面的氧化硅和氧化铝薄膜相比，复合膜的抗原子氧性能更好。复合膜暴露后无裂纹形成，但含Al较多的复合膜中出现微孔，且存在表面脱铝，因此造成原子氧侵蚀；随Si含量增加，复合膜结构致密性增加，表面脱铝程度减弱，从而具有良好的抗原子氧性能，这归因于非晶SiO2的封孔作用和AlOOH颗粒的增韧作用。　　考虑到减小薄膜厚度可提高其韧性，通过表面Sol-Gel法以SiCl4为前驱体在Kapton表面沉积了不同厚度的超薄氧化硅薄膜。研究结果发现，氧化硅薄膜以岛状形式生长，其韧性好于传统Sol-GelSiO2薄膜。原子氧暴露结果表明，厚度达50nm的致密氧化硅薄膜可为Kapton基体提供最佳的原子氧防护，其原子氧侵蚀速率较原始Kapton下降了约两个数量级，比传统Sol-Gel氧化硅薄膜的抗原子氧性能要好。随薄膜厚度继续增加，氧化硅脆性诱发裂纹产生，从而造成原子氧侵蚀。超薄氧化硅薄膜对于空间应用是十分有利的。