El entorno espacial es hostil y está repleto 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 Los investigadores de materiales demostraron que un Material semiconductor de próxima generación llamado perovskita de haluro metálico En realidad puede recuperarse y sanar protegerse de los daños causados por la radiación.
Las perovskitas de halogenuros 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 las convierte en una opción potencialmente adecuada para paneles solares basados en el espacio que puede dar poder Satélites o futuros hábitats espaciales.
Los investigadores crean perovskitas en forma De tintasluego recubren las tintas sobre placas de vidrio o plástico, creando dispositivos delgados, similares 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 oxígenoLos investigadores y la industria están trabajando actualmente para abordar estos problemas de estabilidad. Despliegue terrestre.
Para probar cómo podrían resistir en espacioMi equipo desarrolló un experimento de radiación. Expusimos células solares de perovskita a protones tanto a energías bajas como altas y encontró una propiedad nueva y única.
La alta energía protones Curó el daño causado por los protones de baja energía, lo que permitió que el dispositivo se recuperara y continuara haciendo su trabajo. Los semiconductores convencionales utilizados para la electrónica espacial no muestran esta curación.
A mi equipo le sorprendió este hallazgo. ¿Cómo puede un material que se degrada cuando se expone al oxígeno y a la humedad no sólo resistir la dura 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 casi…Tierra orbita aumentará exponencialmentey agencias espaciales como NASA objetivo a establecer bases en la Luna.
Los materiales que pueden tolerar la radiación extrema y autocurarse cambiarían el juego.
Los investigadores estiman que con sólo desplegar unos pocos kilos de materiales de perovskita en el espacio se podrían generar hasta 10.000.000 de vatios de energía. Actualmente cuesta unos 4.000 dólares el kilogramo (1.818 dólares la libra) Lanzar materiales al espacioPor eso es importante contar con materiales eficientes.
Lo que aún no se sabe
Nuestros hallazgos arrojan luz sobre un aspecto notable de las perovskitas: su tolerancia a los daños y defectos. Cristales de perovskita son un tipo de material blandolo que significa que su átomos Puede pasar a diferentes estados que los científicos llaman modos vibracionales.
Los átomos de las perovskitas normalmente están dispuestos en una formación reticular, pero la radiación puede desequilibrar los átomos y dañar el material. Las vibraciones pueden ayudar a reposicionar los átomos en su lugar, pero aún 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 deben soportar en el espacio. Los científicos aún no saben cómo se comportarán las perovskitas cuando se las exponga a condiciones de vacío y variaciones extremas de temperatura, junto con la radiación, todo a la vez. La temperatura podría desempeñar un papel en el comportamiento de curación 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.
El Resumen de la investigación Es una breve reseña de un interesante trabajo académico.