Новый материал на основе нанотрубок защитит космонавтов от радиации

Корейские ученые разработали гибкую пленку из нитрида бора, которая эффективно защищает от космической радиации. Новый материал превосходит традиционный алюминий и может использоваться для защиты астронавтов при длительных миссиях на Луне и Марсе.

Космос — это среда, подверженная не только первичному космическому излучению, но и вторичной радиации, особенно нейтронам, которые образуются при взаимодействии с космическим кораблем или лунной поверхностью и представляют значительные биологические риски. Пленка на основе жидких кристаллов BNNT демонстрирует более эффективную защиту от космической радиации, чем алюминий при той же массовой толщине, и особенно эффективна для ослабления тепловых нейтронов. Автор: Korea Institute of Science and Technology

Высокоэнергетическое космическое излучение повреждает клетки и ДНК, вызывая рак, а вторичные нейтроны могут быть до 20 раз опаснее других видов радиации. Алюминий, наиболее широко используемый защитный материал, имеет недостаток — при толщине ниже определенного значения он генерирует дополнительные вторичные нейтроны.

Нанотрубки из нитрида бора (BNNT) — легкие, прочные и обладают отличными нейтронно-защитными свойствами — рассматриваются как перспективная альтернатива.

Прорыв в создании BNNT

Исследовательская группа под руководством доктора Чан Се Гю из Корейского института науки и технологий (KIST) разработала технику, позволяющую BNNT стабильно диспергироваться в воде без агломерации с использованием поверхностно-активного вещества.

Это позволило производить BNNT в виде высококонцентрированного жидкого кристалла, в котором нанотрубки естественным образом выстраиваются в одном направлении. Используя жидкий кристалл BNNT, команда создала пленки с высокой степенью ориентации и плотности.

На левом изображении обычные пленки BNNT, произведенные с использованием случайно упакованных нанотрубок, имеют низкую плотность, что делает пленку хрупкой и склонной к разрушению. На правом изображении разработанная пленка на основе жидкого кристалла BNNT, где нанотрубки выровнены в упорядоченной структуре, что приводит к более высокой плотности и позволяет производить гибкую, прочную пленку. Автор: Korea Institute of Science and Technology

Полученная пленка BNNT продемонстрировала более чем в три раза более высокую плотность и примерно в 3,7 раза улучшенные характеристики защиты от нейтронов по сравнению с обычными хрупкими листами BNNT. Кроме того, она была гибкой и прочной, что делает ее пригодной для применения в различных структурных системах.

Применение и перспективы

Совместное моделирование с NASA показало, что пленка BNNT демонстрирует примерно на 15% более высокую эффективность защиты от радиации, чем алюминий при той же массовой толщине.

При соответствующей толщине пленка BNNT может обеспечить защиту лунных астронавтов от радиации, сравнимую с уровнями безопасности Международной космической станции (МКС). Это достижение может увеличить продолжительность миссий до двух раз, что делает его ключевой технологией для будущих долгосрочных космических исследований и строительства лунных и марсианских баз.

Разработанная высокоплотная защитная пленка BNNT демонстрирует более чем в три раза более высокую плотность, более чем вдвое большую теплопроводность и в 3,7 раза большую защиту от радиации по сравнению с ранее изготовленными хрупкими листами BNNT, сохраняя при этом превосходную гибкость. Как показано на изображении сканирующего электронного микроскопа (SEM) в правом нижнем углу, BNNT плотно и равномерно выровнены вдоль направления нанесения. Автор: Korea Institute of Science and Technology

В перспективе пленка BNNT может использоваться в легких защитных конструкциях космических кораблей, защитных барьерах для лунных и марсианских баз, а также в высокопроизводительных материалах для скафандров.

Доктор Чан Се Гю из KIST заявил: «Это достижение знаменует собой прорыв в преодолении производственных и технологических ограничений, которые мешали практическому применению BNNT в качестве защиты от космической радиации. Особенно значимо, что мы значительно улучшили защиту от нейтронов, максимизировав плотность и ориентацию BNNT».

Исследование опубликовано в журнале Advanced Functional Materials.

ИИ: В 2025 году освоение космоса становится все более актуальным, и такие разработки, как эта пленка из нанотрубок, критически важны для обеспечения безопасности астронавтов при длительных миссиях. Особенно впечатляет сотрудничество с NASA, что подтверждает практическую ценность этой технологии.