ساخت ماهواره هایی با قدرت خود ترمیمی به لطف ماده ای خاص

به گزارش ایسنا، محیط فضا خشن و پر از تشعشعات شدید است. دانشمندانی که فضاپیماها و ماهواره ها را طراحی می کنند به موادی نیاز دارند که بتوانند این شرایط را تحمل کنند.

به گزارش اسپیس، در مقاله ای که در ژانویه 2024 منتشر شد، محققان یک ماده نیمه هادی نسل بعدی به نام پروسکیت متال هالید را نشان دادند که در واقع می تواند خود را از آسیب تشعشعات التیام بخشد.

پروسکایت های متال هالید گروهی از مواد کشف شده در سال 1839 هستند که در پوسته زمین به وفور یافت می شوند. آنها نور خورشید را جذب می کنند و به طور موثر آن را به الکتریسیته تبدیل می کنند و به طور بالقوه آنها را به گزینه ای مناسب برای پنل های خورشیدی مبتنی بر فضا تبدیل می کنند که می توانند ماهواره ها یا زیستگاه های فضایی آینده را تامین کنند.

محققان پروسکایت ها را به جوهر تبدیل می کنند و سپس آنها را روی صفحات شیشه ای یا پلاستیکی می پوشانند. این باعث ایجاد دستگاه های لایه نازک می شود که سبک و انعطاف پذیر هستند.

با کمال تعجب، این سلول‌های خورشیدی لایه نازک در آزمایشگاه به خوبی سلول‌های خورشیدی سیلیکونی سنتی عمل می‌کنند و تقریباً 100 برابر نازک‌تر از سلول‌های خورشیدی سنتی هستند.

با این حال، هنگامی که این فیلم ها در معرض رطوبت یا اکسیژن قرار می گیرند، می توانند تجزیه شوند. محققان و صنعت در حال حاضر برای رفع این مشکلات کار می کنند.

برای آزمایش چگونگی حرکت آنها در فضا، محققان یک آزمایش تشعشع انجام دادند. آنها سلول های خورشیدی پروسکایت را در معرض پروتون های کم و پرانرژی قرار دادند و یک ویژگی منحصر به فرد جدید را کشف کردند.

پروتون‌های پرانرژی آسیب‌های ناشی از پروتون‌های کم‌انرژی را التیام بخشیدند و به دستگاه اجازه دادند تا بهبود یابد و به کار خود ادامه دهد. سیستم های نیمه هادی معمولی برای الکترونیک هوافضا این پیشرفت را ندارند.

محققان از این یافته شگفت زده شدند. قابل توجه بود که چگونه این ماده که تحت تأثیر اکسیژن و رطوبت تجزیه می شود، نه تنها در برابر تشعشعات شدید فضا مقاومت می کند، بلکه در محیطی که نیمه هادی های سیلیکونی معمولی را از بین می برد، بازیابی می شود.

چرا این یافته مهم است؟

دانشمندان انتظار دارند که طی دهه آینده تعداد پرتاب‌های ماهواره به مدار پایین زمین به طور تصاعدی افزایش یابد و آژانس‌های فضایی مانند ناسا قصد دارند پایگاه‌هایی در ماه بسازند.

موادی که می توانند در برابر تشعشعات شدید مقاومت کنند و خود ترمیم شوند انقلابی خواهند بود.

محققان تخمین می زنند که استقرار چند پوند ماده پروسکایت در فضا می تواند تا 10 میلیون وات برق تولید کند. حمل مواد به فضا در حال حاضر حدود 4000 دلار به ازای هر کیلوگرم هزینه دارد، بنابراین مواد کارآمد مهم هستند.

چیزی که هنوز مشخص نیست

یافته های محققان جنبه قابل توجهی از پروسکایت ها را روشن می کند و تحمل آنها را در برابر آسیب ها و نقص ها نشان می دهد. کریستال‌های پروسکایت ماده‌ای نرم هستند، به این معنی که اتم‌های آن‌ها می‌توانند در حالت‌های مختلفی حرکت کنند که دانشمندان آن را حالت‌های ارتعاشی می‌نامند.

اتم های موجود در پروسکایت ها معمولاً در یک شبکه قرار می گیرند. اما تشعشعات می توانند اتم ها را از موقعیت خارج کرده و به مواد آسیب برسانند. این ارتعاشات می تواند به بازگرداندن اتم ها به جای خود کمک کند، اما محققان هنوز مطمئن نیستند که این فرآیند دقیقا چگونه کار می کند.

نتایج آنها نشان می دهد که مواد نرم ممکن است به ویژه در محیط های شدید از جمله فضا مفید باشند.

اما تشعشع تنها فشاری نیست که مواد در فضا با آن روبرو هستند. دانشمندان هنوز نمی دانند پروسکایت ها در مواجهه با شرایط خلاء و نوسانات شدید دما همراه با تشعشع چگونه رفتار می کنند. دما می تواند در رفتار تعمیر مشاهده شده توسط محققان نقش داشته باشد. تحقیقات بیشتری در این مورد باید انجام شود.

این نتایج به ما نشان می‌دهد که مواد نرم می‌توانند به دانشمندان کمک کنند تا فناوری‌هایی را توسعه دهند که در محیط‌های شدید به خوبی کار کنند. تحقیقات آتی می‌تواند عمیق‌تر به چگونگی ارتباط ارتعاشات در این مواد با هر خاصیت خود ترمیمی بپردازد.