據(jù)New Atlas報道,受貝殼啟發(fā),美國桑迪亞國家實驗室的科學家們設(shè)計了一種多功能的新材料,這種材料非常便宜、堅固、輕便且耐熱。該材料可用于屏蔽航天器或聚變設(shè)施。
貝殼是出了名的堅硬,這要歸功于它們獨特的有機和無機材料交替層的結(jié)構(gòu)。一層層的無機納米顆粒提供了強度,而有機蛋白質(zhì)將它們“粘”在一起,提供緩沖并防止裂縫在層間傳播。
桑迪亞國家實驗室的科學家們模仿了這種結(jié)構(gòu)來制造他們自己的材料。在這種情況下,有機層由燒焦的糖制成的碳黑組成,而無機層是二氧化硅。這種聽起來簡單的材料不僅堅固,而且非常輕,每層的重量只有幾微克。
研究小組測量了這種材料的硬度超過11GPa,彈性模量為120GPa。它還顯示了非凡的耐熱能力,研究人員在超過1150℃的溫度下對其進行了測試,并估計它應該可以承受高達1650℃的溫度。
也許最重要的是,從實用性的角度來看,這種新材料的生產(chǎn)成本很低。據(jù)研究小組稱,一塊5平方厘米的材料僅需25美分,相比之下,具有最接近的熱和機械性能的類似尺寸的鈹晶片要花費數(shù)百美元。錦上添花的是,這種材料的制造相對環(huán)保,只需要在生產(chǎn)過程中添加乙醇。
這種耐人尋味的特性組合意味著這種受貝殼啟發(fā)的新材料在航天器屏蔽方面可能非常有用,能夠承受發(fā)射的熱量并防止微小碎片的撞擊。將重量和成本保持在最低水平對于太空發(fā)射也是至關(guān)重要的,而這種材料在這些方面也有幫助。
這種材料還可以改善反應堆的屏蔽,如桑迪亞自己的Z脈沖電源設(shè)施,一個實驗性的電磁波發(fā)生器,在那里它可以抵御熱、輻射和碎片的侵襲。
這項研究發(fā)表在《MRS Advances》雜志上。