太空辐射能破坏卫星——我的团队发现了下一代材料当暴露到宇宙射线时可以自愈
2024-07-08 09:14阅读：
太空辐射能破坏卫星——我的团队发现了下一代材料当暴露到宇宙射线时可以自愈
By Ahmad Kirmani
published 9 hours ago
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太空环境是恶劣的并充满极端辐射。
显示被用一种破坏的（红色）和一种愈合的（绿色）质子束照射的钙钛矿太阳能电池的示意图。
(Image credit: Ahmad Kirmani)
太空环境是恶劣的并充满极端辐射。设计航天器和卫星的科学家需要能够承受这些条件的材料。
在2024年1月发表的一篇论文中，我的材料研究团队证明了一种叫金属卤化
物钙钛矿的下一代半导体材料实际上能从辐射破坏恢复和治愈它自己。
金属卤化物钙钛矿是1839年发现的一类材料，被发现在地壳中是丰富的。它们吸收阳光并有效的将其转化为电，使它们成为一种潜在的非常适合能为卫星或未来太空栖息地供电的天基太阳能电池板。
研究人员以墨汁的形式制造钙钛矿，然后将墨汁涂覆在玻璃板或塑料上，创造重量轻和灵活的薄膜一样装置。
令人惊讶的是这些薄膜太阳能电池在实验室演示中表现的与传统的硅太阳能电池一样好，即便它们是几乎比传统太阳能电池更薄近100倍。
但如果这些薄膜被暴露到湿气或氧气中它们能降解。研究人员和工业界目前正工作在解决关于陆地部署的这些稳定性上。
为测试它们可能在太空多坚持起来的，我的团队开发了一个辐射实验。我们将钙钛矿太阳能电池暴露到低能和高能的质子并发现了一种独特的新属性。
高能质子治愈了被低能质子造成的破坏，允许装置来恢复并继续做它的工作。用于太空电子学的传统半导体没有显示这种愈合。
我的团队被这一发现惊讶。一种当暴露到氧气和湿气时能降解的材料如何能不仅能抵抗太空的恶劣辐射而且还能在一个破坏传统硅半导体的环境中自愈呢？
在我们的论文中，我们开始来解开这个秘密。
为什么它要紧
科学家预测在未来10年，向近地轨道发射的卫星将呈指数级增长，美国宇航局等航天机构目标是在月球上建立基地。
能够承受极端辐射并自我愈合的材料将改变游戏。
研究人员估计只将几磅钙钛矿材料部署到太空中可以产生高达10000000瓦的功率。目前将材料发射进太空的成本约为每公斤4000美元（每磅1818美元），因此效率的材料是重要的。
什么仍然不知道
我们的发现揭示钙钛矿的一个显著方面——它们的对破坏和缺陷的耐受性。钙钛矿晶体是一种软材料，这意味着它们的原子能移动进入科学家叫振动模式的不同状态。
钙钛矿中的原子通常被以晶格形式安排。但辐射能将原子敲出位置，破坏这种材料。振动可能帮助重新定位原子回到位，但我们仍然不确定这个过程到底如何工作。
接下来是什么？
我们的发现提示软材料可能在包括太空的极端环境中是独特的有助的。
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但辐射并不是材料在太空中不得不风化的唯一压力。科学家们还不知道当钙钛矿一下子暴露到真空条件和极端温度变化以及辐射时将如何表现。温度可能在我的团队看到的愈合行为中起一个角色，但我们需要进行更多的研究来确定怎样。
这些结果告诉我们软材料可以帮助科学家开发在极端环境中良好工作的技术。未来的研究可能更深入探讨在这些材料中的振动如何相关到任何自修复属性。
研究简报是一个关于有趣的学术工作的简短介绍。
