顛覆太空競賽遊戲規則！美科學家研發能自我修復太空輻射損壞的新材料

科學家在設計太空船和衛星時一直在尋找能在太空極端環境中承受輻射的新世代半導體材料。美國羅徹斯特理工學院（RIT）化學與材料科學學院的材料研究團隊在 2024 年 1 月發表的論文中，展示了能在輻射損壞中自我修復的金屬鹵化物鈣鈦礦（metal-halide perovskite）薄膜式柔性材料。

1839 年發現的金屬鹵化物鈣鈦礦，大量分布於地殼中。它們能高效地將所吸收的陽光轉化成電能，因而成為太空太陽能電池板的潛在最佳選擇，這些電池板可以為衛星或未來的太空棲息地提供動力。

研究人員將鈣鈦礦製成墨水形式，然後塗在玻璃板或塑膠上，製成輕便且柔韌的薄膜狀元件。經過實驗室驗證，比起傳統太陽能電池，這些薄膜太陽能電池不但更薄（薄了近 100 倍），而且效能表現一樣好。

材料愈高效，成本效益會更好

研究團隊還發現了該薄膜材料的獨特特性，雖然它們曝露於濕氣或氧氣中會降解（目前業界正致力於解決這個問題），但在充滿輻射的極端太空環境下，卻擁有傳統半導體太空電子元件所沒有的自我修復能力。

不僅如此，該材料還提供了無與倫比的發電效率。研究人員估計，僅在太空中部署幾磅的鈣鈦礦材料就可以產生高達 10 MW 的電力。目前，將材料發射到太空的成本約為每公斤 4,000 美元，所以材料愈高效，成本效益會更好。隨著未來 10 年內低軌衛星發射預計會呈指數級發展，甚至月球基地的建立，能夠耐受極端輻射並自我修復的材料將會改變太空競賽的遊戲規則。

鈣鈦礦晶體是一種柔性材料，這意味著它們的原子可以進入到科學家稱之為振動模式的不同狀態。鈣鈦礦中的原子通常以晶格結構排列，但輻射可以使原子偏離位置並造成材料的損壞。振動可能有助於將原子重新定位，但研究人員仍在梳理這個過程的運作原理。除了輻射之外，太空環境下的真空與極端溫度變化是否也會對鈣鈦礦材料造成影響，這也將是科學家接下來致力釐清的重點。