受贝壳启发 科学家设计出坚固、轻便的航天器屏蔽材料

贝壳是出了名的坚硬，这要归功于它们独特的有机和无机材料交替层的结构。一层层的无机纳米颗粒提供了强度，而有机蛋白质将它们“粘”在一起，提供缓冲并防止裂缝在层间传播。

桑迪亚国家实验室的科学家们模仿了这种结构来制造他们自己的材料。在这种情况下，有机层由烧焦的糖制成的碳黑组成，而无机层是二氧化硅。这种听起来简单的材料不仅坚固，而且非常轻，每层的重量只有几微克。

研究小组测量了这种材料的硬度超过11GPa，弹性模量为120GPa。它还显示了非凡的耐热能力，研究人员在超过1150℃的温度下对其进行了测试，并估计它应该可以承受高达1650℃的温度。

也许最重要的是，从实用性的角度来看，这种新材料的生产成本很低。据研究小组称，一块5平方厘米的材料仅需25美分，相比之下，具有最接近的热和机械性能的类似尺寸的铍晶片要花费数百美元。锦上添花的是，这种材料的制造相对环保，只需要在生产过程中添加乙醇。

这种耐人寻味的特性组合意味着这种受贝壳启发的新材料在航天器屏蔽方面可能非常有用，能够承受发射的热量并防止微小碎片的撞击。将重量和成本保持在最低水平对于太空发射也是至关重要的，而这种材料在这些方面也有帮助。

这种材料还可以改善反应堆的屏蔽，如桑迪亚自己的Z脉冲电源设施，一个实验性的电磁波发生器，在那里它可以抵御热、辐射和碎片的侵袭。

这项研究发表在《MRS Advances》杂志上。