واحدهای فناور و شرکت‌های دانش‌بنیان ,علمی، پژوهشی و فناوری

ابتکار دانشمند ایرانی در تولید مواد خودترمیم برای زیستگاه‌های فضایی

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری : محیط فضا خشن و پر از تشعشعات شدید است. به همین دلیل، دانشمندان طراح فضاپیماها و ماهواره‌ها به موادی نیاز دارند که بتوانند این شرایط را تحمل کنند.

دکتر «احمد کرمانی» دانشمند ایرانی «مؤسسه فناوری راچستر»(RIT) و همکارانش در پژوهش جدیدی نشان داده‌اند که یک ماده نیمه‌رسانای نسل بعدی به نام «پروسکایت هالید فلزی» می‌تواند خود را پس از آسیب دیدن با تشعشع بازیابی کند و التیام ببخشد.

پروسکایت‌های هالید فلزی، گروهی از مواد هستند که در سال ۱۸۳۹ کشف شدند و به وفور در پوسته زمین یافت می‌شوند. آنها نور خورشید را جذب می‌کنند و آن را به صورت الکتریسیته ارائه می‌دهند. به همین دلیل، جایگزین مناسبی برای پنل‌های خورشیدی فضا هستند که می‌توانند انرژی مورد نیاز ماهواره‌ها یا زیستگاه‌های فضایی آینده را تامین کنند.

پژوهشگران، پروسکایت‌ها را به شکل جوهر می‌سازند و سپس، صفحات شیشه‌ای یا پلاستیکی را با جوهر می‌پوشانند و دستگاه‌های نازکی را ایجاد می‌کنند که سبک و انعطاف‌پذیر هستند.

این گروه پژوهشی در کمال تعجب دریافتند که سلول‌های خورشیدی نازک حتی اگر تقریبا ۱۰۰ برابر نازک‌تر از سلول‌های خورشیدی سیلیکونی معمولی باشند، مانند آنها عملکرد خوبی را در بررسی‌های آزمایشگاهی دارند.

با وجود همه مزایا، اگر این لایه‌های نازک در معرض رطوبت یا اکسیژن قرار بگیرند، می‌توانند تخریب شوند. پژوهشگران و متخصصان صنایع در حال حاضر روی رفع این نگرانی‌ها پیرامون پایداری سلول‌های خورشیدی نازک کار می‌کنند.

کرمانی گفت: گروه من برای آزمایش مقاومت سلول‌های خورشیدی نازک در فضا، یک آزمایش تشعشع را انجام دادند. ما سلول‌های خورشیدی پروسکایت را در معرض پروتون‌هایی با انرژی کم و زیاد قرار دادیم و ویژگی منحصربه‌فرد و جدیدی را پیدا کردیم.

پروتون‌های پرانرژی، آسیب‌های ناشی از پروتون‌های کم‌انرژی را التیام بخشیدند و به دستگاه اجازه دادند تا ترمیم شود و به کار خود ادامه دهد. نیمه‌رساناهای معمولی که برای تجهیزات الکترونیکی فضایی استفاده می‌شوند، این ویژگی را نشان نمی‌دهند.

کرمانی ادامه داد: گروه من از مشاهده این نتیجه شگفت‌زده شدند. چگونه ماده‌ای که در معرض اکسیژن و رطوبت تخریب می‌شود، نه تنها در برابر تشعشعات شدید فضا مقاومت می‌کند، بلکه در محیطی که رساناهای سیلیکونی معمولی را از بین می‌برد، خود را ترمیم می‌کنند؟ ما در مقاله خود، این راز را آشکار کرده‌ایم.

دانشمندان پیش‌بینی می‌کنند که در ۱۰ سال آینده، پرتاب ماهواره به مدار نزدیک زمین به طور تصاعدی افزایش خواهد یافت و سازمان‌های فضایی مانند ناسا قصد دارند پایگاه‌هایی را روی ماه ایجاد کنند. موادی که می‌توانند تشعشعات شدید را تحمل کنند و خودترمیم باشند، بازی را تغییر خواهند داد.

پژوهشگران تخمین می‌زنند که استقرار چند کیلوگرم مواد پروسکایت در فضا می‌تواند تا ۱۰ میلیون وات نیرو تولید کند. پرتاب مواد به فضا در حال حاضر حدود ۴۰۰۰ دلار به ازای هر کیلوگرم هزینه دارد. بنابراین، مواد کارآمد مهم هستند.

کرمانی گفت: یافته‌های ما جنبه قابل توجهی را از پروسکایت‌ها نشان می‌دهند که تحمل آنها در برابر آسیب است. بلورهای پروسکایت، مواد نرمی هستند که اتم‌های آنها می‌توانند به حالت‌های متفاوتی حرکت کنند. دانشمندان این حالت‌ها 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 پژوهشگران هنوز دقیقا مطمئن نیستند که این فرآیند چگونه کار می‌کند.

کرمانی خاطرنشان کرد: یافته‌های ما نشان می‌دهند که مواد نرم ممکن است به طور منحصربه‌فرد در محیط‌های خشن مانند فضا سودمند باشند.

تشعشع تنها فشاری نیست که مواد در فضا با آن روبه‌رو 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 مواد نقش داشته باشد اما برای اطمینان یافتن از آن باید بررسی بیشتری انجام شود.

کرمانی گفت: این نتایج به ما می‌گویند مواد نرم می‌توانند به دانشمندان کمک کنند تا فناوری‌هایی را توسعه دهند که در محیط‌های خشن به خوبی کار می‌کنند. پژوهش‌های آینده می‌توانند چگونگی ارتباط ارتعاشات این مواد را با خاصیت خودترمیمی به صورت عمیق‌تری بررسی کنند.

این پژوهش در مجله «The Conversation» به چاپ رسید.