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目前人们提出了一种探索火星的先进概念—氮化硼纳米管作为主要材料制备的热辐射和防尘宇航服

2023-12-12 11:13:55

目前人们提出了一种探索火星的先进概念—氮化硼纳米管作为主要材料制备的热辐射和防尘宇航服

未来的行星探索任务,宇航员将直接暴露在空间辐射下。如果没有地球磁层保护,宇航员或许将受深空电离辐射的伤害,尤其在长时间的任务中将对抗大量辐射。为了对抗长时间的太空任务,目前人们已经提出了一种探索火星的先进概念——氮化碳纳米管作为主要材料制备的热、辐射和防尘宇航服。

什么是空间辐射?

空间辐射是指来自天空的辐射(高能粒子),其强度与太阳的活动密切相关。主要是天然的宇宙射线和地磁场捕获的带电粒子等。对于宇航员、人造卫星和宇航器等,特别是对于固体电子器件具有很大的影响。

如宇航员短期内暴露在超细粒子下更有可能造成急性辐射损伤,如恶心、头痛、发烧和认知障碍,如果暴露时间较长,则在一个月内造成造血系统、胃肠和神经血管损伤,或者导致死亡。

目前NASA最常用的屏蔽材料为聚乙烯(PE),而铝则是最常用的航天器结构材料。但对于织物航天服来说,以上材料的重量和便携性都受到设计影响。未来的行星探索任务,需求长期(数月或数年)时间,需要承受对抗EVA数量级增加(每次任务10到100倍),这将导致宇航员持续暴露在GCR(银河宇宙辐射)的轰炸中,并可能要求他们在spe期间离开相对安全的栖息地/航天器。所以就需求纳米级材料提供新的、灵活性的辐射屏蔽材料,可应用于宇航服和空间系统,其中最有前途的材料就是氮化硼纳米管(BNNTs)。


基于氮化硼纳米管的新一代太空服

一种由氮化硼纳米管的材料制成的太空服,可以保护宇航员被辐射,即使在火星表面上也很有用。这种物质很坚固,甚至可以用来制造航天器的材料,因为它也能承受极高的温度。

BNNT表现出高化学稳定性、热稳定性(在空气中高达 900°C)、出色的导热性、非常高的杨氏模量(高达 1.3 TPa)、压电性、抑制热中子辐射和作为无光泽织物,超疏水性等。这些特性使 BNNT 成为各种应用的理想先进材料,基于以上开发需求,适用于能够承受极端条件下坚固的航空航天应用(宇航服、栖息地、航天器等)。

氮化硼纳米管可用于研发一种具有高屏蔽辐射效能和高承载强度的空间辐射屏蔽系统。此外,BNNT还可以与高氢化聚合物结合,作为结构复合材料的基体增强材料。这种材料以柔韧辐射防护材料结合在一起,理论上性能优于PE。

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