平凉海绵胶 在太空中存活270年的电路

2026-03-06 02:13 168
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太空环境对电子设备其残酷,因为离开地球的保护磁场后,在宇宙射线和能粒子大量轰击下,精密电路会慢慢被侵蚀。这些看不见的冲击会损坏部件、破坏数据、缩短器寿命。为了解决这挑战,目前大都是在器重要敏感的电子部位增加厚重的护层,但会增加额外的重量,限制载荷能力。

近,复旦大学的研究人员发表在《自然》杂志的创新实验结果,让科学界看到了未来抗辐射电路的研究向。

研究人员使用二硫化钼(MoS₂),制成仅层原子厚的化物——约0.7纳米。理论上,这么微小的维度,已经没有什么材料结构可被入侵的辐射粒子破坏。因此,太空中能粒子穿过如此薄的物质层,不会产生传统硅芯片的缺陷。这层单层MoS₂薄膜生长在块4英寸的晶圆上,采用HfO₂(二氧化铪)作为缘栅,并且制作成晶体管结构,然后将这些晶体管连接成个完整的包含发射器和接收器的线(RF)通信系统,工作频率在12到18吉赫之间,可以在卫星上发送和接收信号。

在将实验电路送入太空之前,研究人员在地球上用强烈的伽马辐射对其进行了轰击,模拟其在太空地球轨道上经历的环境。然后使用电子显微镜观察电路 结构,能量散X射线光谱仪检测化学成分,拉曼光谱对薄膜进行扫描探伤,结果是没有明显的结构或化学降解迹象。并且在电能面,保温护角专用胶表现几乎与辐射前相同,保持了的开关比,泄漏电流小,低功耗,很符器要求。

随后,团队将基于MoS₂的通信系统发射约517公里的低地球轨道,运行了九个月。发现其9个月后,传输数据的比特错误率(BER)始终低于10的负8次以下,这表明其具有显著的抗辐射能力和长期稳定。(参考误码率,地面千兆网限制为10⁻¹⁰,我国光缆通信系统的误码率要求优于10⁻⁹,量子保密通信法用户的BER需低于10⁻⁶)

经过实际运行,基于轨道上收集的辐射数据和太空环境模型,研究人员估计这种电路在地球同步轨道的太空环境中能够生存长达271年。尽管当前系统展示的仅是线通信电路,完整的器电子系统涉及处理器、存储系统和电源管理单元等,但这种原子电路设计有可能改变器设计。卫星需依赖臃肿的屏蔽装置,而可以使用本身具有抗辐射能力的电路。这将大减轻器发射重量,腾出空间安放多的科学仪器载荷,并且大延长卫星、空探测器和远地轨道通信平台的使用寿命。

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