双剂量辐照实验。用niel主导的0.06 MeV质子束(红色)照射PSC，然后用1.0 MeV质子束(绿色)照射

太空环境恶劣，充满了极端的辐射。设计航天器和卫星的科学家需要能够承受这些条件的材料。

在2024年1月发表在《自然通讯》(Nature Communications)上的一篇论文中，我的材料研究团队证明，一种名为金属卤化物钙钛矿的下一代半导体材料实际上可以从辐射损伤中恢复和自我修复。

金属卤化物钙钛矿是1839年发现的一类物质，大量存在于地壳中。它们吸收阳光并有效地将其转化为电能，这使得它们非常适合用于太空太阳能电池板，可以为卫星或未来的太空栖息地供电。

研究人员将钙钛矿制成墨水，然后将墨水涂在玻璃板或塑料上，制成轻薄柔韧的薄膜状设备。

令人惊讶的是，在实验室演示中，这些薄膜太阳能电池的性能与传统硅太阳能电池一样好，尽管它们比传统太阳能电池薄近100倍。

但这些薄膜如果暴露在湿气或氧气中就会降解。研究人员和工业界目前正在努力解决地面部署的这些稳定性问题。

为了测试它们在太空中的表现，我的团队进行了一项辐射实验。我们将钙钛矿太阳能电池暴露在低能和高能质子下，发现了一种独特的新特性。

高能质子治愈了低能质子造成的损伤，使设备恢复并继续工作。用于空间电子设备的传统半导体没有显示出这种愈合。

我的团队对这一发现感到惊讶。一种暴露在氧气和湿气中就会降解的材料，如何能在抵御太空的强烈辐射的同时，在破坏传统硅半导体的环境中自我修复呢?

在我们的论文中，我们开始揭开这个谜团。

为什么重要?

科学家预测，在未来10年里，向近地轨道发射的卫星将呈指数级增长，美国宇航局(NASA)等太空机构的目标是在月球上建立基地。

能够承受极端辐射并自愈的材料将改变游戏规则。

研究人员估计，只需将几磅钙钛矿材料部署到太空中，就可以产生高达1000万瓦的电力。目前，将材料发射到太空的成本约为每公斤4000美元(每磅1818美元)，因此高效材料很重要。

还有什么是未知的

我们的发现揭示了钙钛矿的一个显著方面——它们对损伤和缺陷的耐受性。钙钛矿晶体是一种柔软的材料，这意味着它们的原子可以进入不同的状态，科学家称之为振动模式。

钙钛矿中的原子通常以晶格形式排列。但是辐射可以使原子偏离位置，破坏材料。振动可能有助于原子重新定位，但我们仍然不确定这个过程是如何工作的。

接下来是什么?

我们的研究结果表明，软材料可能在极端环境(包括太空)中有独特的帮助。

但辐射并不是材料在太空中要经受的唯一压力。科学家们还不知道钙钛矿同时暴露在真空条件和极端温度变化以及辐射下会发生什么变化。温度可能在我的团队看到的愈合行为中发挥作用，但我们需要进行更多的研究来确定如何发挥作用。

这些结果告诉我们，软材料可以帮助科学家开发出在极端环境下也能发挥作用的技术。未来的研究可能会更深入地研究这些材料中的振动与任何自愈特性之间的关系。