Космическая среда сурова и полна экстремальной радиации, которая может повредить спутники. Недавно ученые обнаружили материал нового поколения, который может самовосстанавливаться под воздействием космического излучения
Ученые создали материал для спутников, который может самовосстанавливаться Фото: chatgpt.com
В статье, опубликованной в январе 2024 года, команда исследователей продемонстрировала, что полупроводниковый материал нового поколения, который называется галогенидный (металогалогенный) перовскит, может фактически восстанавливаться и «исцелять» себя после радиационного повреждения.
Металогалогенные перовскиты — это класс материалов, открытых в 1839 году, которые широко распространены в земной коре. Они поглощают солнечный свет и эффективно превращают его в электричество, что делает их потенциально пригодными для космических солнечных панелей, которые могут питать спутники или будущие космические поселения.
Исследователи изготавливают перовскиты в виде чернил, затем наносят их на стеклянные пластины или пластик, создавая тонкие, похожие на пленки, легкие и гибкие устройства.
Удивительно, но эти тонкопленочные солнечные элементы работают так же хорошо, как и обычные кремниевые солнечные элементы в лабораторных демонстрациях, хотя они почти в 100 раз тоньше традиционных солнечных элементов.
Но эти пленки могут разрушаться под воздействием влаги или кислорода. Исследователи и промышленность сейчас работают над решением этих проблем стабильности для наземного развертывания.
Чтобы проверить, как они могут держаться в космосе, команда ученых провела «радиационный эксперимент».
Интересное по теме: Спутники Starlink ускоряют разрушение озонового слоя
Почему это важно
«Мы подвергли перовскитные солнечные элементы воздействию протонов как низких, так и высоких энергий и обнаружили уникальное, новое свойство. Высокоэнергетические протоны «излечивали» повреждения, вызванные низкоэнергетическими протонами, позволяя устройству восстанавливаться и продолжать выполнять свою работу. Обычные полупроводники, используемые в космической электронике, не демонстрируют такого исцеления», — объясняют ученые.
Команда была удивлена этим открытием. Материал, который деградирует под воздействием кислорода и влаги, может не только противостоять суровому космическому излучению, но и самовосстанавливаться в среде, которая разрушает обычные кремниевые полупроводники.
Ученые прогнозируют, что в ближайшие 10 лет количество запусков спутников на околоземную орбиту будет расти в геометрической прогрессии, а космические агентства, такие как NASA, имеют целью создать базы на Луне.
Материалы, способные выдерживать экстремальную радиацию и самовосстанавливаться, могли бы изменить правила игры.
Исследователи подсчитали, что развертывание лишь нескольких фунтов перовскита в космосе может сгенерировать до 10 000 000 ватт энергии. Сейчас запуск материалов в космос стоит около $4 000 за килограмм, поэтому эффективные материалы очень важны.
Читайте популярное: Ученые создали компьютер, работающий без электричества
Что мы еще не знаем
Результаты исследований проливают свет на удивительный аспект перовскитов — их устойчивость к повреждениям и дефектам. Кристаллы перовскита относятся к типу мягких материалов, а это означает, что их атомы могут переходить в различные состояния, которые ученые называют колебательными режимами.
«Атомы в перовскитах обычно расположены в виде решетки. Но радиация может выбить атомы из положения, повреждая материал. Вибрации могут помочь вернуть атомы на место, но мы до сих пор не знаем, как именно работает этот процесс», — говорится в отчете ученых.
Что дальше?
Результаты свидетельствуют о том, что мягкие материалы могут быть уникально полезными в экстремальных условиях, в том числе в космосе.
Но радиация — не единственный стресс, который приходится выдерживать материалам вне Земли. Ученые еще не знают, как перовскиты поведут себя в условиях вакуума и экстремальных температурных колебаний, вместе с радиацией, одновременно. Температура может играть определенную роль в «лечебном» поведении, которое наблюдала команда, но ученым нужно провести больше исследований, чтобы определить, как именно.
Эти результаты показывают, что мягкие материалы могут помочь ученым разработать технологию, которая хорошо работает в экстремальных условиях. Будущие исследования могут погрузиться глубже в то, как вибрации в этих материалах связаны с какими-либо свойствами самовосстановления.
Ознакомьтесь с другими популярными материалами:
Батареи в устройствах Apple могут стать в 100 раз мощнее
Ученые изобрели суперконденсаторы: чем они лучше обычных батарей
Robinhood открывает исследовательскую лабораторию искусственного интеллекта
