ساخت ماهواره‌هایی با قابلیت خودترمیم‌ شوندگی به لطف یک ماده خاص

محیط فضا خشن و پر از تشعشعات شدید است. دانشمندانی که فضاپیماها و ماهواره‌ها را طراحی می‌کنند به موادی نیاز دارند که بتوانند این شرایط را تحمل کنند.

به نقل از اسپیس، در مقاله‌ای که در ماه ژانویه سال 2024 منتشر شده است، محققان یک ماده نیمه هادی نسل بعدی به نام پروسکایت هالید فلزی را نشان دادند که در واقع می‌تواند خود را از آسیب تشعشع بازیابی و التیام بخشد.

پروسکایت‌های هالید فلزی دسته‌ای از مواد هستند که در سال 1839 کشف شدند و به وفور در پوسته زمین یافت می‌شوند. آنها نور خورشید را جذب می‌کنند و آن را به طور موثر به الکتریسیته تبدیل می‌کنند و به طور بالقوه گزینه مناسبی برای صفحات خورشیدی مبتنی بر فضا هستند که می‌توانند ماهواره‌ها یا زیستگاه‌های فضایی آینده را تامین کنند.

محققان پروسکایت‌ها را به شکل جوهر می‌سازند، سپس جوهرها را روی صفحات شیشه‌ای یا پلاستیک می‌پوشانند و دستگاه‌های نازک لایه‌ای ایجاد می‌کنند که سبک و انعطاف‌پذیر هستند.

در کمال تعجب، این سلول‌های خورشیدی لایه‌ای نازک مانند سلول‌های خورشیدی سیلیکونی معمولی در آزمایشگاه عملکرد خوبی دارند، در حالی که تقریبا 100 برابر نازک‌تر از سلول‌های خورشیدی سنتی هستند.

اما اگر این فیلم‌ها در معرض رطوبت یا اکسیژن قرار بگیرند، ممکن است تخریب شوند. محققان و صنعت در حال حاضر روی رفع این موارد کار می‌کنند.

برای آزمایش اینکه چگونه آنها ممکن است در فضا مقاومت کنند، محققان یک آزمایش تشعشع انجام دادند. آنها سلول‌های خورشیدی پروسکایت را در معرض پروتون‌هایی با انرژی کم و زیاد قرار دادند و ویژگی منحصر به فرد جدیدی پیدا کردند.

پروتون‌های پرانرژی آسیب‌های ناشی از پروتون‌های کم‌انرژی را التیام بخشیدند و به دستگاه اجازه دادند تا بازیابی شود و به کار خود ادامه دهد. سیستم‌های نیمه هادی‌ معمولی که برای الکترونیک فضایی استفاده می‌شوند این بهبود را نشان نمی‌دهند.

محققان از این یافته شگفت زده شدند. اینکه چگونه ماده‌ای که در معرض اکسیژن و رطوبت تخریب می‌شود، نه تنها در برابر تشعشعات شدید فضا مقاومت می‌کند، بلکه در محیطی که نیمه هادی‌های سیلیکونی معمولی را از بین می‌برد، ترمیم می‌شود نکته قابل توجهی بود.

*چرا این یافته مهم است؟

دانشمندان پیش‌بینی می‌کنند که در 10 سال آینده، پرتاب ماهواره به مدار نزدیک زمین به طور تصاعدی افزایش خواهد یافت و سازمان‌های فضایی مانند ناسا قصد دارند پایگاه‌هایی در ماه ایجاد کنند.

موادی که می‌توانند تشعشعات شدید را تحمل کنند و خود ترمیم شوند، متحول کننده خواهند بود.

محققان تخمین می‌زنند که استقرار چند پوند مواد پروسکایت در فضا می‌تواند تا 10 میلیون وات نیرو تولید کند. در حال حاضر حدود 4000 دلار آمریکا به ازای هر کیلوگرم برای پرتاب مواد به فضا هزینه دارد، بنابراین مواد کارآمد مهم هستند.

*آنچه که هنوز مشخص نیست

یافته‌های محققان جنبه قابل توجهی از پروسکایت‌ها را روشن می‌کند و تحمل آنها در برابر آسیب و نقص را نشان می‌دهد. بلورهای پروسکایت نوعی ماده نرم هستند، به این معنی که اتم‌های آنها می‌توانند به حالت‌های مختلفی حرکت کنند که دانشمندان آن را حالت‌های ارتعاشی می‌نامند.

اتم‌های موجود در پروسکایت‌ها معمولا به صورت شبکه‌ای قرار می‌گیرند. اما تشعشع می‌تواند اتم‌ها را از موقعیت خارج کند و به مواد آسیب برساند. ارتعاشات ممکن است به بازگرداندن اتم‌ها به جای خود کمک کنند، اما محققان هنوز مطمئن نیستند که این فرآیند دقیقا چگونه کار می‌کند.

یافته‌های آنها نشان می‌دهد که مواد نرم ممکن است به طور منحصر به فردی در محیط‌های شدید، از جمله فضا، مفید باشند.

اما تشعشع تنها فشاری نیست که مواد در فضا با آن مواجه می‌شوند. دانشمندان هنوز نمی‌دانند که پروسکایت‌ها وقتی در معرض شرایط خلاء و تغییرات شدید دما همراه با تشعشع قرار می‌گیرند، چگونه عمل می‌کنند. دما می‌تواند در رفتار ترمیمی که محققان مشاهده کردند، نقش داشته باشد. تحقیقات بیشتری باید در این مورد انجام شود.

این نتایج به ما می‌گوید که مواد نرم می‌توانند به دانشمندان کمک کنند تا فناوری‌هایی را توسعه دهند که در محیط‌های شدید به خوبی کار می‌کنند. تحقیقات آینده می‌تواند عمیق‌تر به چگونگی ارتباط ارتعاشات در این مواد با هر خاصیت خود ترمیم شوندگی بپردازد.