基于分子动力学ReaxFF 的空间材料原子氧效应研究综述

乔世英，姜海富，刘宇明，李 涛，焦子龙，崔乃元，孙继鹏，姜利祥*

（1.北京卫星环境工程研究所；2.可靠性与环境工程技术重点实验室：北京 100094；3.中国航天科技集团有限公司，北京 100048）

0 引言

为了评估低地球轨道（LEO）上的原子氧（AO）对航天器用材料性能的影响[1-3]，国内外研究人员开展了大量的地面和空间飞行试验[4-7]，但上述试验方法存在以已有材料为前提、试验周期长、材料性能原位表征困难，以及AO 与材料作用的微观动态演化过程无法实时观察等不足。随着理论计算与计算机技术的发展，AO 与空间材料作用仿真分析方法逐渐得到重视[8]。如NASA 建立基于Monte Carlo 算法的二维掏蚀模型可以模拟出AO 对聚合物材料基底的二维纵向掏蚀形状[9-10]；由Koontz 提出的反应性散射模型可以讨论AO 平动能与反应概率的关系[11]；由Baird 提出的键合方向性模型可以定性地研究AO 和材料靶原子的质量对于能量输运的影响[12]；再如由国内的Lee 等提出的分子随机动力学模型以及自洽理论模型可以计算相应材料AO作用反应概率等[13]。而与这些模拟研究方法相比，由Van Duin 等[14]提出的分子动力学反应力场（MDReaxFF）方法能模拟材料化学键的断裂与生成，为航天器材料AO 效应模拟提供了另外一种手段。

本文首先对MD-ReaxFF 进行介绍，然后简要说明相应材料在航天器上的主要用途，并综述目前基于ReaxFF-AO 方法研究涉及的空间聚合物材料[15-20]、金属材料[21-23]，以及其他如半导体材料[24]和陶瓷材料[25]等的研究现状，分析对不同材料进行ReaxFF-AO 研究的特点，并对今后应用ReaxFF方法进行空间材料AO 效应研究的发展方向提出建议。

1 反应力场

在MD 模拟中根据研究体系的不同需要选择合适的力场（也叫势函数）对于体系模拟结果的正确性至关重要。简单来说，力场是用来描述原子/分子之间的相互作用，一般通过试验数据拟合或者量子力学理论计算获得[26-27]。与常见的L-J 势、EAM势和Tersoff 势等[28]传统力场相比，由Van Duin等[14]提出的ReaxFF 作为一种新型力场，通过计算任意两个原子之间当前时刻的键级（Bond Order,BO）确定原子之间的连接性，因此，MD-ReaxFF 模拟中原子之间的化学键可以自由地断裂与生成，并且随着化学键的断裂与生成，原子间的连接性也随之进行更新。ReaxFF 的这种特性解决了传统MD模拟中无法模拟体系的动态化学反应的问题[26]。同时，ReaxFF 模拟可以用较小的计算资源实现对较大规模体系的模拟[29]。

ReaxFF 的核心是基于对BO 的表达，在BO 的基础上将各个原子间的相互作用定义为键级的不同函数，同时引入对于非键相互作用库仑力和范德华力的表达。在MD-ReaxFF 进行模拟时，计算每循环一次，体系中原子间的BO 就会相应更新，并依据BO 表征出原子间化学键的断裂与生成。ReaxFF总能量Esystem为[14,30]

式中：Ebond为描述原子间的键能项；Eover为过配位能量矫正项；Eangle为价角能量项；Etorsion为扭转角能项；EvdWaals与ECoulomb分别为非键作用的范德华相互作用项和原子间库仑相互作用项；Especific为根据不同体系需要添加的其他特殊项。

到目前为止，基于MD-ReaxFF 的模拟已成功应用于小分子体系[31]、高分子体系[32]、高能材料体系[33]、金属氧化物体系[34]以及过渡金属催化体系[35]等，并已被证明能很好地反映这些体系的化学特征。

2 基于ReaxFF 的空间材料AO 效应研究概况

传统的地面和空间飞行搭载AO 试验一般通过分析AO 作用于材料后的表面形貌、表面成分与结构，以及材料质量损失、太阳吸收比、热发射率、面电阻率、力学性能和AO 侵蚀率等参数的变化来表征材料AO 效应，其中侵蚀率是关键特性参数。ReaxFF-AO 模拟研究同样能在AO 作用过程中实时表征出AO 侵蚀率、质量损失、材料温度变化、结构演化、作用产物以及被侵蚀材料厚度等众多特征。并且，目前基于MD-ReaxFF的空间材料AO 效应研究涉及的材料除了聚合物外，还有金属材料、半导体和陶瓷材料等。

2.1 聚合物材料

绝大多数聚合物材料对AO 都很敏感。如在航天器上使用的聚酰亚胺（PI），由于具有密度小和较好的耐高低温、抗辐射和柔韧性等优点被大量应用于航天器热控材料、电力系统以及刚/柔性太阳电池基板等[36]。虽然已经做了大量空间搭载和地面暴露试验，但是聚合物材料与AO 反应的微观机理受设备和条件等的限制依旧不完全清晰或无法表征。研究人员通过MD-ReaxFF方法对AO 作用于PI 等航天器用聚合物材料进行研究，以更好地在微观原子级别了解AO 作用机理和一些性质的表征，为相应材料的空间应用提供理论支持。

Rahnamoun 等[15]从分析质量损失、温度变化以及反应产物等方面出发，模拟了PI 材料Kapton、Kapton-POSS、无定形二氧化硅（amorphous silica）和Teflon 材料的AO 效应。构建的4 种模型结构如图1[15]所示，Kapton、Kapton-POSS 和Teflon 这3 种材料建模采用数量分别为30、20 和5 的单体组成，无定形二氧化硅模型由71 个Si8O12组成，AO 动能为4.5 eV，除与无定形二氧化硅作用的AO 个数为250 外，与其他3 种材料作用的AO 个数均为100。4 种材料在AO 作用下的温度变化如图2[15]所示，无定形二氧化硅的温度升高速率最快，Teflon 的温度升高速率最慢。

图1 AO 作 用 于 无 定 形 二 氧 化 硅、Kapton、Kapton-POSS 和Teflon 材料的模型[15]Fig.1 Key snapshots of AO collisions on amorphous silica,Kapton, Kapton-POSS and Teflon materials[15]

图2 无定形二氧化硅、Kapton、Kapton-POSS 和Teflon 在AO 作用下的温度变化[15]Fig.2 Temperature changes of amorphous silica, Kapton,Kapton-POSS and Teflon under AO impact [15]

图3[15]为4 种材料在AO 作用下的归一化质量变化，AO 作用过程中无定形二氧化硅在辐照后质量有轻微的增加，而其他3 种材料在辐照后质量均减少，其中Kapton 质量损失最为严重。在AO 作用阶段，Kapton、Kapton-POSS、无定形二氧化硅和Teflon 表面反应释放的材料化学成分如表1[15]所示。水和氧气是首先从Kapton 表面分离出的小分子物质，随着AO 的继续作用，含碳的有机化合物开始从表面分离；而对于Kapton-POSS，在AO 作用的起始阶段就可以看到含碳的有机物质从表面分离并脱落。最终结果表明：无定形二氧化硅在AO 作用下最稳定，Kapton-POSS 复合结构也表现出很好的耐AO 稳定性，Teflon 也比Kapton 表现出更低的AO 侵蚀率，模拟所得到的Kapton 与Teflon的AO 侵蚀率与国际空间站搭载试验（MISSE 2）[37]所得结果接近。

表1 AO 作用阶段从Kapton、Kapton-POSS、无定形二氧化硅和Teflon 表面分离的物质[15]Table 1 Products separated from the surface of Kapton, Kapton-POSS, amorphous silica and Teflon materials during AO impacts[15]

图3 Kapton、Kapton-POSS、Teflon 和无定形二氧化硅归一化质量变化[15]Fig.3 Normalized mass changes of Kapton, Kapton-POSS,Teflon and amorphous silica [15]

自从Novoselov 等[38]在2004 年发现石墨烯（Gr）以来，由于其性质独特，对于Gr 及其相应同素异形体碳纳米管（CNT）等的研究热潮不断。有意义的是，Rahmani 等[16]将Gr、CNT 和POSS 分别添加连接到PI 中构建模型，然后用MD-ReaxFF 研究其AO 效应，并与纯PI 进行比较。结果发现，在PI 中随机混合CNT 和Gr 或PI 连接POSS 的体系在AO 作用下的质量损失、侵蚀率、表面损伤、AO 作用深度和温度变化都比在PI 中定向排列CNT 和Gr 要低，表明材料表面暴露出的PI 结构的数量是影响混合负载材料AO 侵蚀率的一个重要参数。

Kim 等[17]通过MD-ReaxFF 研究AO 与Kapton、接枝八苯基POSS 暴露在Kapton 表面的结构和Kapton 完全覆盖POSS 的结构的作用，其中Kapton模型由26 个PI 单体组成，其余2 种模型都由22 个PI 单体和3 个POSS 单体组成；AO 作用动能大小为5～20eV，作用AO 总数为175。图4(a)和(b)分别为AO 作用过程中3 种结构材料的归一化质量和归一化材料厚度变化[17]。

从图4[17]可以看出，在AO 作用下Kapton 质量损失和厚度下降速率最快，即在AO 作用下最不稳定；接枝八苯基POSS 暴露在Kapton 表面的结构在AO 作用下最为稳定。这一研究结果与前文[15]提到的归一化质量变化试验结果相一致，均表明POSS 对抗AO 起着关键的作用。

以上MD-ReaxFF 研究PI 的AO 效应报道中，对于PI 的研究主要以纯单体PI 结构和将一些物质如POSS、Gr 或CNT 等添加到PI 本体为主。基于MD-ReaxFF 对其他聚合物材料的AO 效应研究也有相关报道。如Ashraf 等[18]研究AO 对2 种环氧化合物与3 种不同的固化剂相互组合交联的影响，其中：双酚A（bis A）环氧化合物（图5(a)）分别与固化剂DETDA（图5(c)）、IPDA（图5(d)）和T403（图5(e)）交联；双酚F（bis F）环氧化合物（图5(b)）与DETDA 交联。

图5 环氧化合物和固化剂[18]Fig.5 Epoxides and curing agents [18]

图6[18]为4 种交联的材料在AO 作用过程中的归一化质量和平均温度变化，AO 的动能为4.5eV，总数200 个。从图6(a)可以看出，在AO 作用10ps后，4 种结构材料的质量都开始下降，bis A/IPDA 和bis A/T403 的质量损失比其他2 种结构快得多。在模拟结束时，bis A/T403 的质量损失最大，bis A/IPDA紧随其后。图6(b)显示4 种聚合物材料的平均温度都呈线性增加，温度变化差异并不显著，最终温度范围在600～650K 之间。同时研究表明，温度越高，4 种交联的聚合物材料在AO 作用下越容易被侵蚀，聚合物的高交联密度对材料的抗AO 和抗降解性能影响显著。

图6 不同聚合物材料在AO 作用下归一化质量和平均温度变化[18]Fig.6 Normalized mass and mean temperature changes of different polymer materials during AO collision[18]

Zeng 等[19]利用MD-ReaxFF 研究了AO 与聚偏氟乙烯（PVDF）、被氟化的POSS（FP-POSS）和FP-POSS/PVDF 复合物材料的作用，动能为4.5eV的AO 总作用个数为50。模拟结果表明，PVDF 的抗AO 侵蚀性能并不突出，AO 侵蚀率平均值为1.87×10-24g·atom-1。该结果与国际空间站MISSE 2 任务[4]得到的PVDF 的AO 侵蚀率2.10×10-24g·atom-1非常接近，进一步说明了ReaxFF 模拟的可靠性。并且，与之前报道添加POSS 会提高PI 的抗AO 性一样，将FP-POSS 加入PVDF 基体中可以大大提高PVDF 抗AO 冲击的稳定性，并且可以迅速降低PVDF 的温升、质量损失和侵蚀率，主要原因是POSS 结构中笼状的Si-O 结构阻碍了高能AO 的侵蚀。

Fu 等[20]以卫星脱轨帆上使用的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）材料为研究对象，利用MD-ReaxFF研究在AO 作用下的效应。构建的模型中总共有15 条单链聚合度为20 的PET 分子链，作用AO 总数为200 个。图7[20]为在AO 作用过程中PET 的结构演化，在前50 个AO 作用后，一些原子或小团簇（如O2和H2O 等）从表面逸出；最终200 个AO作用后，整个PET 材料结构被激活并松散地结合在一起。模拟得到AO 对PET 的平均侵蚀率为4.2×10-24g·atom-1，该结果与国际空间站MISSE 2 搭载实验所得的4.18×10-24g·atom-1吻合度很好[4]。

图7 PET 在AO 作用过程中的结构演化[20]Fig.7 Structural evolution during AO collisions on the PET[20]

综上可知，ReaxFF 在聚合物AO 效应研究中可以实时动态观察作用过程，能更好地反映出AO 各作用阶段的不同特点和机理，对于所研究的聚合物材料不用以现有材料为前提。与金属材料不同，聚合物材料一般由多种元素组成且结构比较复杂，对聚合物的ReaxFF-AO 效应研究除了关注AO 侵蚀率，以及材料厚度和温度变化外，还主要分析聚合物材料的质量损失、成/断键情况和反应产物等，能更全面深入地反映聚合物材料的AO 效应。

2.2 金属材料

航天器所用金属材料类型广泛，直接暴露在AO 环境的航天器表面上使用的金属材料主要是用作电流导体材料、天线枢纽材料和太阳电池表面导线材料等。在航天飞机（STS-3, 4, 5, 8）和LDEF[36]上搭载的金属材料飞行数据表明，大多数金属受迎面单AO 流作用的分散系数不超过10-5，且与AO作用后会在表面生成能阻止AO 对下面金属层进一步侵蚀氧化的致密金属氧化膜。如金属锆（Zr）具有较高的抗侵蚀性能，在空气中表面就能形成致密的氧化层以阻止被进一步氧化。Zr 在航天器上一般作为耐火材料用在机载动力装置高温散热器内以及火箭发动机喷管内[36]。为了解Zr 在AO 下的损伤机理，于博洋等[21]利用MD-ReaxFF 方法，主要从Zr 所处不同温度条件、形成氧化层厚度、氧化层元素所带电荷数等方面对Zr(001)和Zr (100)表面进行AO 效应研究，AO 动能为5 eV，总作用数量为1000，如图8[21]和图9[21]分别为300 K 和500 K温度下AO 与Zr(001)和Zr(100)表面作用过程中形成的氧化层厚度变化。可以看出，Zr(001)和Zr (100)表面起初在AO 不断作用下形成的氧化层厚度都迅速增加，随着AO 继续作用直到1000 个AO 作用结束，不管是300 K 还是500 K 温度条件下Zr(001)和Zr(100)表面氧化层厚度最终都维持在2 nm 左右不再变化，这一结果与前文提到的多数金属材料在AO 作用下会生成一层致密的氧化膜结论一致。

图8 Zr(001)在AO 作用下的氧化层厚度变化曲线[21]Fig.8 Zr(001) oxide thickness vs.AO numbers[21]

图9 Zr(100)在AO 作用下的氧化层厚度变化曲线[21]Fig.9 Zr(100) oxide thickness vs.AO numbers[21]

图10[21]和图11[21]分别为AO 作用于Zr(001)和Zr(100)表面形成氧化层中元素价电荷数与氧化层深度的关系曲线，可以看到：Zr(001)和Zr(100)表面在AO 作用下形成的内氧化层中越靠近基体内部Zr1+和Zr2+离子含量越高，Zr4+和Zr3+不断减少直到消失，而外氧化层基本由Zr4+组成，这一结果也与文献[21]的XPS 测试结果相一致。

图10 AO 作用于Zr(001)后其表面价电荷数与氧化层深度的关系[21]Fig.10 Relationship between the valence charge on Zr(001)and the depth of oxide after AO impact [21]

图11 AO 作用于Zr(100)后其表面价电荷数与氧化层深度的关系[21]Fig.11 Relationship between the valence charge on Zr(100)and the depth of oxide after AO impact [21]

除了多数金属会氧化生成致密的氧化物薄膜外，也有部分金属材料对AO 敏感，比如制造航天器太阳电池表面导线的关键材料金属银（Ag）[39]。表2[36]为LDEF 飞行搭载实验获得的一些金属材料的侵蚀率（R）。

表2 LDEF 搭载金属材料AO 侵蚀率[36]Table 2 AO erosion yields of metal materials carried by LDEF[36]

可以看出，相较于其他金属，Ag 对AO 环境很敏感。为了通过计算机模拟Ag 在AO 作用下的变化，Morrissey 等[22]以LEO 上AO 侵蚀率为研究目标，用MD-ReaxFF 方法模拟了LEO 上AO 与Ag 和金（Au）的相互作用，并将模拟结果与现有的试验数据进行比较。构建的AO 作用于Ag 和Au的模型初始温度为200K，作用了动能为4.5eV的AO 各100 个。从图12[22]模拟结果发现，在AO 作用之前，Ag 为完整的面心立方（FCC）结构，随着AO 的作用有AO 被反弹，但也有AO 与Ag 原子结合形成Ag 氧化层（见图12(c)），最终获得Ag 侵 蚀 率 为11.6×10-23g·atom-1，这 一 结 果 与LEO 飞行测试数据非常吻合[37]。为进一步体现对Ag 模拟结果的可靠性，进行了AO 对Au 的MDReaxFF 对照模拟，如图13[22]所示。发现在总数100 个AO 作用后只损失了2 个Au 原子，对应于每个AO 有0.05 个Au 原子的溅射率，这一结果与Au 具有很强的耐腐蚀性和耐AO 性而被用在许多航天材料的表面涂层的应用性质相吻合[22]。该研究将模拟获得的金属Ag的AO 剥蚀率与LEO 飞行获得的AO 剥蚀率数据相对照验证了ReaxFF 模拟Ag 的AO 效应的正确性，为今后研究其他金属材料的AO 效应提供了借鉴。

图12 AO 作用于金属Ag [22]Fig.12 Key snapshots of AO collisions on Ag[22]

图13 AO 作用于金属Au[22]Fig.13 Key snapshots of AO collisions on Au [22]

为进一步研究不同动能的AO 对航天器材料的影响，Morrissey 等[23]在后续的工作中用MDReaxFF 方法研究了4 种不同动能的AO 作用于Ag 和Al 的一些性质。与他们的早前研究不同，此次研究主要目的是探寻高能AO 对这2 种金属材料的损伤随着不同冲击能量变化的规律，不单单关注材料在LEO 下的AO 侵蚀率。构建的AO 作用于Ag 和Al 的模型初始温度为200 K，动能分别为4.5、10、20 和30 eV 的AO 各200 个，结果以30 eV的AO 为例，见图14[23]。可以看出，Ag 在无恒温器模拟时200 个AO 作用后每个AO 产生0.316 个离位缺陷，而Al 在200 个AO 作用后每个AO 产生0.652 个离位缺陷，也就是说Al 比Ag 更容易产生离位，这一模拟结果与Ogorodnikov 等[40]通过实验得到的Al 空位形成能（0.79 eV）比Ag（1.08 eV）低的结果一致。同时，2 种材料在未加入恒温器时产生缺陷数量都比有恒温器时多，比较在200 个AO 作用后温度的变化发现Al 比Ag 的温升更高。

图14 Ag 和Al 在控温和非控温下与每个30 eV 的AO 作用下产生的缺陷数[23]Fig.14 The number of defects produced by Ag and Al under mild and non-temperature control at 30 eV AO [23]

比较2 种材料被4 种高能AO 作用后的被侵蚀数如表3[23]所示，可以发现在4 种高能AO 作用下，Ag 的被侵蚀原子数都比Al 多，这一结果与试验[41]得到的Ag 氧化形成的负自由能（0.32 eV）比Al（5.89 eV）小从而Ag 更容易被AO 侵蚀的结果一致。最终结果表明，Ag 和Al 在AO 作用下形成的缺陷数和缺陷深度随着AO 冲击能量增加而线性增加，相比于Ag，Al 中形成的缺陷更多，而Ag 比Al 更容易被AO 侵蚀。同时也说明，AO 侵蚀率一项指标不一定能体现出AO 作用后剩余基体材料的状态，显现出ReaxFF-AO 对于AO 效应研究的深入性。

表3 Al 和Ag 在不同时间AO 作用过程中被侵蚀的原子数[23]Table 3 Number of eroded Al and Ag atoms at various times as a function of AO kinetic energy[23]

值得指出的是，大多数金属具有比较简单的高对称性晶体结构并且元素单一，因此基于ReaxFF的金属材料AO 效应研究主要从材料所处温度、AO 侵蚀率、侵蚀深度、被侵蚀原子数和形成氧化层厚度等方面进行，并且研究对象主要为航天器上常见的金属材料。

2.3 其他材料

除了金属和聚合物材料外，其他材料也有相关报道，如硅（Si）的氧化产物SiOx对AO 防护性能极高，同时作为重要的半导体材料在航天器上的应用也非常广泛，如Si 太阳电池[36]。Khalilov 等[24]研究了Si(100)分别在100、300、500、700、900、1100、1200 和1300 K 共8 种温度条件下与AO 作用的一些表现，AO 的动能分别为1、3 和5 eV。研究表明：在700 K 左右的转变温度下，AO 作用于Si 形成的氧化层的厚度只取决于AO 的动能；在700 K以上时，形成的Si 氧化层的厚度取决于AO 的动能和Si 的表面温度，氧化层厚度随着温度的升高而增加。同时，1、3 和5 eV 的AO 在Si 基体中的反应深度范围在5～9 Å。而Srinivasan 等[42]通过ReaxFF 研究AO 对Gr 作用，发现高能AO 撞击会导致Gr 薄片沿对角线弯曲，面积较大的Gr 可以分散接近的AO，单层Gr 的侵蚀通过环氧化物的形成、空位缺陷的产生和扩展进行，双层Gr 在AO 的作用下的侵蚀按层顺序发生。Cui 等[43]通过ReaxFF 研究AO 对Gr 作用，同样发现多层Gr 在AO 作用下逐层侵蚀的现象，且侵蚀速率也随Gr 层数的增加而减小。

金刚石辐射探测器作为新一代空间辐射环境探测器在高能物理辐射探测方面已占据无可替代的位置[44]。Srinivasan 等[45]通过ReaxFF 研究AO对金刚石的效应发现：对于较小表面的金刚石在AO 作用下会产生各种的官能团，如醚、过氧化物和氧自由基等；对于较大表面的金刚石，金刚石(100)、(111)和(110)表面都能被AO 侵蚀，且所有表面的侵蚀都是逐层进行。

SiC 由于具有高达约2730 ℃的升华温度、高热稳定性和优异的断裂韧性等特性，被广泛应用于航天器热控系统中[46]。Park 等[25]利用ReaxFF 研究了3C-SiC 结构的SiC(100)、(110)和(111)共3 种晶面取向和SiC(100)在600、900、1200、1800 和2000 K 共5 种温度下的AO 效应。图15[25]所示为200 个AO 作用于SiC 的3 种晶面取向的结构变化。发现：作用初期温度稍低时，AO 与Si 原子发生反应形成SiOx层，经过AO 继续作用温度升高后有CO 析出，温度达到3000 K 后质量发生明显下降。其主要原因是，AO 作用使SiC 发生升华分裂成原子团。3 种晶面取向中，SiC(110)晶面结构首先开始被侵蚀，SiC(100)面相对较稳定。图16[25]所示为SiC (100)晶面结构在5 种不同温度下随AO 作用的质量变化，发现随着温度升高到趋于SiC的升华温度，SiC 质量发生下降。

图15 AO 作用于SiC3 种晶面取向时的结构变化[25]Fig.15 Structural changes of three slabs of SiC after AO collision[25]

图16 不同温度下AO 作用于SiC(100)晶面结构的归一化质量变化[25]Fig.16 Normalized mass changes of the SiC(100) at different temperatures[25]

3 结束语

MD-ReaxFF 能模拟体系中化学键的断裂与生成，在AO 效应研究方面表征出的质量损失、温度变化、反应产物、和侵蚀率等一系列性质能很好地反映空间材料AO 效应。并且文中相关研究表征出的AO 侵蚀率等性质与相应空间搭载试验数据吻合度较好，证明了MD-ReaxFF 模拟方法的可靠性。鉴于未来航天器对高性能新材料的研制和试验新方法提出更高要求，MD-ReaxFF 或将在航天相关新材料的开发和选材和材料AO 效应表征等方面成为有效的研究手段。本文依据目前研究现状，建议今后MD-ReaxFF 的AO 效应研究关注以下几点：

1）对于聚合物材料，目前报道的PI 建模均为单体结构，未来对于PI 的ReaxFF-AO 研究可以考虑聚合度，同时，除开展更多其他航天聚合物材料的研究外，有必要研究不同AO 动能、通量密度、聚合物密度和温度等对聚合物材料AO 效应的影响；

2）对于金属材料，有必要对航天器上应用的合金材料、金属陶瓷材料、金属氧化物等开展ReaxFF-AO 效应研究；

3）为保证ReaxFF-AO 效应研究结果的可靠性，未来的研究工作除了同空间搭载获得的AO 侵蚀率数据比较外，可以结合地面试验对ReaxFF 结果予以验证；

4）在LEO 中除了AO 是一大威胁外，平均动能为8 eV 的N2也不容忽视，因此可基于MD-ReaxFF增加N2对航天相关材料效应的研究。