受貝殼啟發 科學家設計出堅固、輕便的航天器屏蔽材料

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構。一層層的無機納米顆粒提供了強度，而有機蛋白質將它們“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構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，這種新材料的生產成本很低。據研究小組稱，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百美元。錦上添花的是，這種材料的制造相對環保，只需要在生產過程中添加乙醇。

這種耐人尋味的特性組合意味著這種受貝殼啟發的新材料在航天器屏蔽方面可能非常有用，能夠承受發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射也是至關重要的，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脈沖電源設施，一個實驗性的電磁波發生器，在那里它可以抵御熱、輻射和碎片的侵襲。

這項研究發表在《MRS Advances》雜志上。