Radiation Panel.png

El entorno espacial es duro y está lleno de radiación extrema. Los científicos que diseñan naves espaciales y satélites necesitan materiales que puedan soportar estas condiciones.

en un artículo publicado en enero de 2024, mi equipo de investigadores de materiales demostraron que un material semiconductor de próxima generación llamado perovskita de haluro metálico en realidad puede recuperarse y curarse por daños por radiación.

Las perovskitas de haluros metálicos son una clase de materiales descubierto en 1839 que se encuentran en abundancia en la corteza terrestre. Absorben la luz solar y la convierten eficientemente en electricidad, lo que los convierte en una opción potencialmente buena para paneles solares espaciales que pueden alimentar satélites o futuros hábitats espaciales.

Los investigadores crean perovskitas en forma de tintasLuego, cubra las tintas sobre placas de vidrio o plástico, creando dispositivos delgados, parecidos a películas, que son livianos y flexibles.

Sorprendentemente, estos células solares de película delgada funcionan tan bien como las células solares de silicio convencionales en demostraciones de laboratorio, a pesar de que son casi 100 veces más delgado que las células solares tradicionales.

Pero estas películas pueden degradarse si se exponen a humedad u oxígeno. Los investigadores y la industria están trabajando actualmente para abordar estos problemas de estabilidad para despliegue terrestre.

Los rayos cósmicos se mueven por el espacio y una exposición excesiva puede dañar satélites y naves espaciales.


Para probar cómo podrían resistir en el espacio, mi equipo desarrolló un experimento de radiación. Expusimos células solares de perovskita. a protones tanto a baja como a alta energía.y encontré una propiedad nueva y única.

Los protones de alta energía curaron el daño causado por los protones de baja energía, permitiendo que el dispositivo se recuperara y continuara haciendo su trabajo. Los semiconductores convencionales utilizados en la electrónica espacial no muestran esta curación.

Mi equipo quedó sorprendido por este hallazgo. ¿Cómo puede un material que se degrada cuando se expone al oxígeno y la humedad no sólo resistir la intensa radiación del espacio sino también autocurarse en un entorno que destruye los semiconductores de silicio convencionales?

En nuestro artículo, comenzamos a desentrañar este misterio.

Por qué es importante

Los científicos predicen que en los próximos 10 años se lanzarán satélites a la órbita cercana a la Tierra aumentará exponencialmentey agencias espaciales como la NASA pretenden establecer bases en la luna.

Los materiales que pueden tolerar radiación extrema y autocurarse cambiarían el juego.

Los investigadores estiman que desplegar sólo unas pocas libras de materiales de perovskita en el espacio podría generar hasta 10.000.000 de vatios de energía. Actualmente cuesta alrededor de 4.000 dólares el kilogramo (1.818 dólares la libra). para lanzar materiales al espaciopor lo que los materiales eficientes son importantes.

Lo que aún no se sabe

Nuestros hallazgos arrojan luz sobre un aspecto notable de las perovskitas: su tolerancia a daños y defectos. Cristales de perovskitason un tipo de material blandolo que significa que sus átomos pueden moverse a diferentes estados que los científicos llaman modos vibratorios.

Los átomos de las perovskitas normalmente están dispuestos en una formación reticular. Pero la radiación puede sacar los átomos de su posición y dañar el material. Las vibraciones podrían ayudar a reposicionar los átomos en su lugar, pero todavía no estamos seguros de cómo funciona exactamente este proceso.

¿Que sigue?

Nuestros hallazgos sugieren que los materiales blandos podrían ser especialmente útiles en entornos extremos, incluido el espacio.

Pero la radiación no es el único estrés que los materiales tienen que soportar en el espacio. Los científicos aún no saben cómo les irá a las perovskitas cuando se expongan a condiciones de vacío y variaciones extremas de temperatura, junto con la radiación, todo al mismo tiempo. La temperatura podría desempeñar un papel en el comportamiento curativo que observó mi equipo, pero necesitaremos realizar más investigaciones para determinar cómo.

Estos resultados nos indican que los materiales blandos podrían ayudar a los científicos a desarrollar tecnología que funcione bien en entornos extremos. Las investigaciones futuras podrían profundizar en la relación entre las vibraciones de estos materiales y las propiedades de autocuración.


Ahmad Kirmani es profesor asistente de Química y Ciencia de Materiales en el Instituto de Tecnología de Rochester. Este artículo se republica desde The Conversation bajo un Bienes comunes creativos licencia. Leer el artículo original.