احمد کرمانی، دانشمند ایرانی موسسه فناوری راچستر آمریکا، یک ماده نیمه رسانای مقاوم در برابر تشعشعات فضایی به نام «پروسکایت هالید فلزی» ابداع کرده است که می‌تواند خود را پس از آسیب دیدن ترمیم کند؛ به گفته وی این نتایج به ما می‌گویند مواد نرم می‌توانند به دانشمندان در توسعه فناوریهایی کمک کنند که در محیط‌های خشن مانند فضا به خوبی کار می‌کنند.
طبق پیش‌بینی دانشمندان، تا ۱۰ سال آینده پرتاب ماهواره به مدار نزدیک زمین به طور تصاعدی افزایش خواهد یافت و همچنین سازمان‌های فضایی مانند ناسا قصد دارند پایگاه‌هایی را روی ماه ایجاد کنند که مواد خودترمیم می‌توانند نقش مهمی را ایفا کنند.
پروسکایت‌های هالید فلزی
دانشمندان برای طراحی فضاپیماها و ماهواره‌ها به موادی نیاز دارند که بتوانند محیط خشن فضا و پر از تشعشعات شدید آن را تحمل کنند. پروسکایت‌های هالید فلزی (Metal Halide perovskites به اختصار MHPs)، گروهی از مواد کشف شده در سال ۱۸۳۹ هستند که به وفور در پوسته زمین یافت می‌شوند. آن‌ها نور خورشید را جذب و آن را به صورت الکتریسیته ارائه می‌کنند؛ در نتیجه، جایگزین مناسبی برای پنل‌های خورشیدی فضا برای تامین انرژی مورد نیاز ماهواره‌ها یا زیستگاه‌های فضایی آینده هستند.
پژوهشگران، پروسکایت‌ها را در ابتدا به شکل جوهر می‌سازند؛ سپس صفحات شیشه‌ای یا پلاستیکی را به وسیله آن می‌پوشانند و دستگاه‌های نازک، سبک و انعطاف‌پذیر را ایجاد می‌کنند. این گروه پژوهشی دریافتند که این سلول‌های خورشیدی نازک حتی اگر ۱۰۰ برابر نازک‌تر از سلول‌های خورشیدی سیلیکونی معمولی باشند، مانند آن‌ها عملکرد خوبی را در بررسی‌های آزمایشگاهی دارند.
با این وجود، قرارگیری این لایه‌های نازک در معرض رطوبت یا اکسیژن می‌تواند سبب تخریب آن‌ها شوند که در حال حاضر پژوهشگران و متخصصان صنایع، روی رفع این مشکل پیرامون پایداری سلول‌های خورشیدی نازک کار می‌کنند.
وجه تمایز سلول‌های خورشیدی پروسکایت با سلول‌های خورشیدی سیلیکونی معمولی
کرمانی می‌گوید: «گروه من برای محک مقاومت سلول‌های خورشیدی نازک در فضا، یک آزمایش تشعشع را انجام دادند. ما سلول‌های خورشیدی پروسکایت را در معرض پروتون‌هایی با انرژی کم و زیاد قرار دادیم و ویژگی منحصر به فرد و جدیدی را پیدا کردیم. پروتون‌های پر انرژی، آسیب‌های ناشی از پروتون‌های کم انرژی را التیام بخشیدند و به دستگاه اجازه ترمیم و از سرگیری کارش را دادند؛ در صورتی که نیمه رساناهای معمولی که برای تجهیزات الکترونیکی فضایی استفاده می‌شوند، این ویژگی را ندارند.»
کرمانی ادامه می‌دهد: «چگونه ماده‌ای که در معرض اکسیژن و رطوبت تخریب می‌شود، نه تنها در برابر تشعشعات شدید فضا مقاومت می‌کند، بلکه در محیطی که رساناهای سیلیکونی معمولی را از بین می‌برد، خود را ترمیم می‌کنند؟ ما در مقاله خود، این راز را آشکار کرده‌ایم.»
نقش پروسکایت‌های هالید فلزی در صنعت فضایی
طبق تخمین پژوهشگران، استقرار چند کیلوگرم مواد پروسکایت در فضا می‌تواند تا ۱۰ میلیون وات نیرو تولید کند. پرتاب مواد به فضا در حال حاضر حدود ۴ هزار دلار به ازای هر کیلوگرم هزینه دارد؛ بنابراین، مواد کارآمد مهم هستند.
کرمانی می‌گوید: «یافته‌های ما جنبه‌های قابل توجهی از نحوه تحمل پروسکایت‌ها در برابر آسیب نشان می‌دهند. بلورهای پروسکایت، مواد نرمی هستند که اتم‌های آن‌ها می‌توانند به حالت‌های متفاوتی حرکت کنند؛ دانشمندان این حالت‌ها را «حالت‌های ارتعاشی» می‌نامند.»
اتم‌های موجود در پروسکایت‌ها معمولا به صورت شبکه‌ای قرار می‌گیرند، اما تشعشعات می‌تواند موجب خارج شدن اتم‌ها از موقعیتشان و در نهایت سبب ایجاد آسیب به مواد شوند. ارتعاشات ممکن است به بازگرداندن اتم‌ها به جای خود کمک کنند، اما پژوهشگران هنوز دقیقا مطمئن نیستند که این فرآیند چگونه کار می‌کند.
کرمانی خاطر نشان می‌کند: «یافته‌های ما نشان می‌دهند که مواد نرم ممکن است به طور منحصر به فرد در محیط‌های خشن مانند فضا سودمند باشند.»
تشعشع تنها فشاری نیست که مواد در فضا با آن رو به رو می‌شوند. دانشمندان هنوز نمی‌دانند که پروسکایت‌ها وقتی در معرض شرایط خلا و تغییرات شدید دما همراه با تشعشع قرار می‌گیرند، چگونه عمل می‌کنند. دما می‌تواند در رفتار مواد نقش داشته باشد، اما برای اطمینان یافتن از آن باید بررسی بیشتری انجام شود.
کرمانی در آخر بیان می‌کند: «پژوهش‌های آینده می‌توانند چگونگی ارتباط ارتعاشات این مواد را با خاصیت خود ترمیمی به صورت عمیق‌تری بررسی کنند.»