КАК ИНГРЕДИЕНТ ДЕТЕРГЕНТА ОСВОИЛ ПОТЕНЦИАЛ НАНОТРУБОК
В последние годы достижения в области науки о материалах играют важную роль в космических исследованиях. Одной из основных проблем, с которой сталкиваются как пилотируемые, так и непилотируемые миссии, является защита от радиации. Новое исследование, проведенное Институтом науки и технологии Кореи, продемонстрировало успех в создании полностью функционального «листа» борнонитридных нанотрубок (BNNT), который может существенно улучшить защитные свойства от радиации.
ПРИМЕНЕНИЕ BORON NITRIDE NANOTUBES В КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ
BNNTs привлекают внимание ученых благодаря своим уникальным свойствам, включая способность эффективно поглощать нейтроны. Бор, один из ключевых компонентов BNNT, активно используется в производстве поглощающих стержней для ядерных реакторов. Исследования показали, что BNNTs особенно эффективны в ограничении опасных нейтронов второго типа, которые образуются при столкновении высокоэнергетических частиц с другими защитными материалами, разрушая их атомную структуру. Ранее основные материалы, такие как алюминий, использовались для защиты, однако их относительно высокая масса является существенным недостатком в космических приложениях.
Проблема заключается в том, что BNNTs, несмотря на свои преимущества, вызывали затруднения в производстве с момента их первых экспериментов в 1995 году. Для их синтеза применялась методика вакуумной фильтрации, в результате чего образовывался так называемый «баку-папир» (bucky paper). Этот процесс, хотя и создавал плотные скопления BNNTs, не позволял эффективно распределять материал по всей поверхности для создания надежного защитного экрана.
НОВАЯ ПОДХОД К СИНТЕЗУ НАНОТРУБОК
Исследование, проведенное доктором Юн-Кеонгом Кимом и его коллегами, предлагает новое решение. Одной из проблем было то, что BNNTs «не любят» воду и склонны слипаться при контакте с ней. Обычно эту проблему решают с помощью сурфактантов – химических добавок, которые оборачивают нанотрубки, предотвращая их сцепление. Однако стандартные сурфактанты сами могут образовывать «мшистые» образования, что приводит к обратному эффекту.
В новом исследовании использован другой тип сурфактантов – додецилбензолсульфонат (DBSA), широко известный как ингредиент в жидком мыле. Его взаимодействие с BNNTs отличается от традиционных сурфактантов, образуя двухслойную защиту, которая работает по обе стороны: защищая BNNTs от воды и исключая образование мицелл.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ
Ученые применили методику «Doctor Blade», позволяющую наносить полученный материал на поверхность. Этот метод использует силу сдвига кристаллов, заставляя нанотрубки укладываться в однородную структуру, что позволяет добиться всех преимуществ борнонитридных нанотрубок без изъянов, свойственных традиционным методам.
Для проверки эффективности нового материала были проведены симуляции, сравнивающие уровень радиации, проходящей через пленку BNNT и аналогичное количество алюминия. Результаты оказались впечатляющими: для получения эквивалентной защиты от радиации с помощью алюминия потребовалось бы в восемь раз больше массы. Это означает, что в космических исследованиях стоимость отправки защитного материала на орбиту может снизиться в восемь раз.
Хотя материал еще не подвергался практическим испытаниям в реальных космических условиях, результаты исследования дают надежду на то, что борнонитридные нанотрубки могут значительно изменить подход к защите от радиации в будущем. После тридцати лет разработки, обещание этого радиационно-устойчивого материала, наконец, начинает сбываться.
