البيئة الفضائية قاسية ومليئة بالإشعاع الشديد. يحتاج العلماء الذين يقومون بتصميم المركبات الفضائية والأقمار الصناعية إلى مواد يمكنها تحمل هذه الظروف.
في ورقة بحثية نُشرت في يناير 2024، أظهر فريقي من الباحثين في مجال المواد أن مادة شبه موصلة من الجيل التالي تسمى بيروفسكايت هاليد المعدن يمكنها بالفعل استعادة وشفاء نفسها من الأضرار الإشعاعية.
البيروفسكايت الهاليد المعدني هي فئة من المواد التي تم اكتشافها في عام 1839 والتي توجد بكثرة في القشرة الأرضية. فهي تمتص ضوء الشمس وتحوله بكفاءة إلى كهرباء، مما يجعلها مناسبة تمامًا للألواح الشمسية الفضائية التي يمكنها تشغيل الأقمار الصناعية أو الموائل الفضائية المستقبلية.
يصنع الباحثون البيروفسكايت على شكل أحبار، ثم يغطون الأحبار على ألواح زجاجية أو بلاستيكية، مما يؤدي إلى إنشاء أجهزة رقيقة تشبه الفيلم وخفيفة الوزن ومرنة.
ومن المثير للدهشة أن هذه الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة تؤدي أداءً مماثلاً لخلايا السيليكون الشمسية التقليدية في التجارب المعملية، على الرغم من أنها أرق بحوالي 100 مرة من الخلايا الشمسية التقليدية.
لكن هذه الأفلام يمكن أن تتحلل إذا تعرضت للرطوبة أو الأكسجين. ويعمل الباحثون والصناعة حاليًا على معالجة مخاوف الاستقرار هذه فيما يتعلق بالنشر الأرضي.
ولاختبار مدى قدرتها على الصمود في الفضاء، قام فريقي بتطوير تجربة إشعاعية. لقد قمنا بتعريض خلايا البيروفسكايت الشمسية للبروتونات في الطاقات المنخفضة والعالية على حد سواء، ووجدنا خاصية جديدة وفريدة من نوعها.
قامت البروتونات عالية الطاقة بشفاء الضرر الذي سببته البروتونات منخفضة الطاقة، مما سمح للجهاز بالتعافي ومواصلة القيام بعمله. وأشباه الموصلات التقليدية المستخدمة في الإلكترونيات الفضائية لا تظهر هذا الشفاء.
لقد فوجئ فريقي بهذه النتيجة. كيف يمكن للمادة التي تتحلل عند تعرضها للأكسجين والرطوبة ليس فقط أن تقاوم الإشعاع القاسي من الفضاء، بل أيضًا أن تشفى ذاتيًا في بيئة تدمر أشباه موصلات السيليكون التقليدية؟
في ورقتنا، بدأنا في كشف هذا اللغز.
لماذا يهم
ويتوقع العلماء أنه في السنوات العشر المقبلة، ستزداد عمليات إطلاق الأقمار الصناعية إلى مدار قريب من الأرض بشكل كبير، وتهدف وكالات الفضاء مثل وكالة ناسا إلى إنشاء قواعد على القمر.
المواد التي يمكنها تحمل الإشعاع الشديد والشفاء الذاتي ستغير قواعد اللعبة.
يقدر الباحثون أن نشر بضعة أرطال فقط من مواد البيروفسكايت في الفضاء يمكن أن يولد ما يصل إلى 10 ملايين واط من الطاقة. تبلغ تكلفة إطلاق المواد إلى الفضاء حاليًا حوالي 4000 دولار أمريكي للكيلوجرام الواحد (1818 دولارًا أمريكيًا)، لذا فإن المواد الفعالة مهمة.
ما لا يزال غير معروف
تسلط النتائج التي توصلنا إليها الضوء على جانب رائع من البيروفسكايت، وهو قدرتها على تحمل الضرر والعيوب. بلورات البيروفسكايت هي نوع من المواد الناعمة، مما يعني أن ذراتها يمكن أن تتحرك إلى حالات مختلفة يسميها العلماء الأنماط الاهتزازية.
عادة ما يتم ترتيب الذرات الموجودة في البيروفسكايت في شكل شبكي. لكن الإشعاع يمكن أن يخرج الذرات من مكانها، مما يؤدي إلى إتلاف المادة. قد تساعد الاهتزازات في إعادة وضع الذرات إلى مكانها، لكننا ما زلنا غير متأكدين تمامًا من كيفية عمل هذه العملية.
ماذا بعد؟
تشير النتائج التي توصلنا إليها إلى أن المواد اللينة قد تكون مفيدة بشكل فريد في البيئات القاسية، بما في ذلك الفضاء.
لكن الإشعاع ليس هو الضغط الوحيد الذي تتعرض له المواد في الفضاء. لا يعرف العلماء حتى الآن كيف سيكون أداء البيروفسكايت عند تعرضه لظروف الفراغ والتغيرات الشديدة في درجات الحرارة، إلى جانب الإشعاع، في وقت واحد. يمكن أن تلعب درجة الحرارة دورًا في سلوك الشفاء الذي شاهده فريقي، ولكننا سنحتاج إلى إجراء المزيد من الأبحاث لتحديد كيفية ذلك.
تخبرنا هذه النتائج أن المواد اللينة يمكن أن تساعد العلماء على تطوير تكنولوجيا تعمل بشكل جيد في البيئات القاسية. يمكن للأبحاث المستقبلية أن تتعمق أكثر في كيفية ارتباط الاهتزازات الموجودة في هذه المواد بأي خصائص ذاتية الشفاء.
موجز البحث عبارة عن ملخص قصير للعمل الأكاديمي المثير للاهتمام.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات جديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. بقلم : أحمد الكرماني . معهد روتشستر للتكنولوجيا
اقرأ أكثر:
لا يعمل أحمد كرماني في أي شركة أو مؤسسة أو يستشيرها أو يمتلك أسهمًا فيها أو يتلقى تمويلًا منها قد تستفيد من هذه المقالة، ولم يكشف عن أي انتماءات ذات صلة بعد تعيينه الأكاديمي.