L’environnement spatial est rude et soumis à des radiations extrêmes. Les scientifiques qui conçoivent des engins spatiaux et des satellites ont besoin de matériaux capables de résister à ces conditions.
Dans un article publié en janvier 2024, mon équipe des chercheurs en matériaux ont démontré qu’un matériau semi-conducteur de nouvelle génération appelé pérovskite aux halogénures métalliques peut réellement récupérer et guérir elle-même des dommages causés par les radiations.
Les perovskites aux halogénures métalliques sont une classe de matériaux découvert en 1839 qui se trouvent en abondance dans la croûte terrestre. Ils absorbent la lumière du soleil et la convertissent efficacement en électricité, ce qui en fait un choix potentiellement intéressant pour Panneaux solaires spatiaux qui peut alimenter satellites ou de futurs habitats spatiaux.
Les chercheurs fabriquent des pérovskites sous la forme des encrespuis appliquez les encres sur des plaques de verre ou de plastique, créant ainsi des dispositifs minces, semblables à des films, légers et flexibles.
Étonnamment, ces cellules solaires à couches minces fonctionnent aussi bien que les cellules solaires au silicium conventionnelles dans les démonstrations en laboratoire, même si elles sont presque 100 fois plus fin que les cellules solaires traditionnelles.
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Mais ces films peuvent se dégrader s’ils sont exposés à humidité ou oxygèneLes chercheurs et l’industrie travaillent actuellement à résoudre ces problèmes de stabilité pour déploiement terrestre.
Pour tester comment ils pourraient résister espacemon équipe a développé une expérience de rayonnement. Nous avons exposé des cellules solaires à pérovskite aux protons à basse et haute énergie et j’ai trouvé une nouvelle propriété unique.
La haute énergie protons Les dommages causés par les protons à faible énergie ont été réparés, ce qui a permis à l’appareil de récupérer et de continuer à faire son travail. Les semi-conducteurs conventionnels utilisés pour l’électronique spatiale ne présentent pas cette réparation.
Mon équipe a été surprise par cette découverte. Comment un matériau qui se dégrade lorsqu’il est exposé à l’oxygène et à l’humidité peut-il non seulement résister aux radiations intenses de l’espace, mais aussi s’auto-réparer dans un environnement qui détruit les semi-conducteurs en silicium classiques ?
Dans notre article, nous avons commencé à percer ce mystère.
Pourquoi est-ce important
Les scientifiques prédisent que dans les 10 prochaines années, des satellites seront lancés dans des régions proches de la Terre.Terre orbite augmentera de façon exponentielleet des agences spatiales telles que NASA viser établir des bases sur la Lune.
Des matériaux capables de tolérer des radiations extrêmes et de s’auto-réparer changeraient la donne.
Les chercheurs estiment Le déploiement de quelques kilos de matériaux perovskites dans l’espace pourrait générer jusqu’à 10 000 000 watts d’énergie. Le coût actuel est d’environ 4 000 dollars par kilo (1 818 dollars par livre). pour lancer des matériaux dans l’espacedes matériaux efficaces sont donc importants.
Ce qui n’est toujours pas connu
Nos résultats mettent en lumière un aspect remarquable des pérovskites : leur tolérance aux dommages et aux défauts. Cristaux de perovskite sont un type de matériau souplece qui signifie que leur atomes peut passer à différents états que les scientifiques appellent modes vibrationnels.
Les atomes des perovskites sont normalement disposés en treillis. Mais les radiations peuvent déplacer les atomes et endommager le matériau. Les vibrations pourraient aider à repositionner les atomes, mais nous ne savons pas encore exactement comment ce processus fonctionne.
Et après?
Nos résultats suggèrent que les matériaux souples pourraient être particulièrement utiles dans les environnements extrêmes, y compris l’espace.
Mais les radiations ne sont pas le seul stress auquel les matériaux doivent faire face dans l’espace. Les scientifiques ne savent pas encore comment les perovskites se comporteront lorsqu’elles seront exposées simultanément à des conditions de vide et à des variations extrêmes de température, ainsi qu’aux radiations. La température pourrait jouer un rôle dans le comportement de guérison observé par mon équipe, mais nous devrons mener des recherches plus approfondies pour déterminer comment.
Ces résultats indiquent que les matériaux souples pourraient aider les scientifiques à développer une technologie qui fonctionne bien dans des environnements extrêmes. Des recherches futures pourraient approfondir la manière dont les vibrations de ces matériaux sont liées à leurs propriétés d’auto-guérison.
Le Note de recherche est un bref aperçu d’un travail universitaire intéressant.
