Vysokoenergetické kosmické záření je velkým strašákem letů do okolního vesmíru, mimo pohostinnou náruč planetárního magnetického pole Země. Poškozuje buňky i samotnou DNA a způsobuje rakovinu. Řešením Korejského institutu vědy a techniky jsou ultrajemné trubičky BNNT.
Vesmír je prostředí vystavené nejen primárnímu kosmickému záření, ale i sekundárnímu záření, zejména neutronům, které vznikají interakcemi s kosmickými loděmi nebo s měsíčním povrchem a představují významná biologická rizika. Fólie na bázi uspořádaných trubiček BNNT vykazuje účinnější stínění proti kosmickému záření než hliník při stejné tloušťce hmoty a je obzvláště účinná při tlumení tepelných neutronů © KIST
Při interakci záření s povrchem planet vznikají sekundární neutrony, které mohou být až 20× nebezpečnější než jiné druhy záření. Hliník, který je dnes nejpoužívanějším stínicím materiálem, má v tomto směru jednu podstatnou nevýhodu. Pokud není v dostatečně silné vrstvě, vytváří další sekundární neutrony.
Vědci a inženýři proto pátrají po alternativě, která by nahradila hliník, a přitom se už tolik nepodílela na generování sekundárních neutronů. Jako slibný se ukazuje materiál z nanotrubiček nitridu boru (BNNT), které jsou lehké, mimořádně pevné a mají vynikající schopnost pohlcovat neutrony.
BNNT jsou ultrajemné trubičky o průměru asi 5 nm, tedy přibližně 20 000× tenčí než lidský vlas. Díky tomu jsou extrémně lehké a pevné, ale zároveň také velmi účinně absorbují tepelné neutrony. Kvůli omezením daným výrobními technologiemi se ale zatím dařilo vyrábět jen tenké a křehké fólie, což výrazně zužovalo praktické využití BNNT.
Výzkumný tým vedený doktorem Čang Se-gjuem Výzkumného centra funkčních kompozitních materiálů Korejského institutu vědy a technologie (KIST) a výzkumný tým vedený profesorem Čchö Si-jongem z katedry biochemického inženýrství Korejského pokročilého institutu vědy a technologie (KAIST) nedávno vyvinul ochranný štít z BNNT s vysokou orientací (s vysokou mírou uspořádání) i hustotou nanotrubiček, vhodný nejen pro kosmické technologie. Je pevný, dobře odvádí teplo a účinně blokuje kosmické záření. Při jeho výrobě využili surfaktant, konkrétně kyselinu dodecylbenzensulfonovou.
Výsledná vrstva BNNT vykazovala více než 3× vyšší hustotu a přibližně 3,7× lepší neutronové stínění ve srovnání s konvenční křehkou vrstvou BNNT. Kromě toho byla flexibilní a zároveň pevná, což ji činí vhodnou pro použití v různých konstrukčních systémech.
Společné simulace provedené s NASA ukázaly, že vrstva BNNT vykazovala přibližně o 15 % vyšší účinnost stínění proti záření než hliník při stejné tloušťce. Jinými slovy, její nadřazenost jako materiálu pro stínění vesmírného záření byla nepřímo ověřena.
Při aplikaci ve vhodné tloušťce může film BNNT poskytnout lunárním astronautům radiační ochranu srovnatelnou s úrovní bezpečnosti Mezinárodní vesmírné stanice (ISS). Materiál by navíc mohl prodloužit dobu trvání misí až dvojnásobně, což z něj činí klíčovou technologii pro budoucí dlouhodobý průzkum vesmíru a výstavbu základen na Měsíci a Marsu.
Do budoucna by se tak fólie BNNT mohla využít v lehkých ochranných konstrukcích kosmických lodí, v ochranných bariérách pro lunární a marsovské základny a ve vysoce výkonných materiálech pro skafandry.
Znázornění náhodné, neuspořádané struktury nanotrubiček u konvenčních filmů BNNT vedoucí k nízké hustotě, což je činí křehkými a náchylnými k prasknutí (vlevo) a nově vyvinutého filmu BNNT na bázi nanotrubiček uspořádaných do struktury vedoucí k vyšší hustotě a pevnosti, umožňujícího výrobu flexibilního a odolného filmu © KIST
Vyvinutá stínicí vrstva BNNT s vysokou hustotou vykazuje více než 3× vyšší hustotu, více než dvojnásobnou tepelnou vodivost a 3,7× lepší výkon stínění proti záření ve srovnání s dříve vyrobenou křehkou vrstvou BNNT (Buckyho papír vytvořený z buckminsterfullerenu, 60uhlíkatého fullerenu) a zároveň si zachovává vynikající flexibilitu. Jak je vidět na snímku z povrchového elektronového mikroskopu (SEM) vpravo dole, BNNT jsou hustě a rovnoměrně uspořádány podél směru povlaku © KIST