碳纳米管助力航天器抗辐射新突破
碳纳米管助力航天器抗辐射新突破
中国科学院微电子研究所和北京大学的研究团队在超强抗辐射碳纳米管器件与电路研究中取得了重要进展。研究表明，局域底栅碳纳米管晶体管和静态随机存储器具有超强的抗辐射能力，可承受高剂量辐照，优于硅基器件四倍。这一成果为下一代宇航芯片研制开辟了新的技术路径，有望大幅提升航天器的性能和可靠性。
碳纳米管是一种具有独特结构的纳米材料，由单层或多层次的石墨烯片卷曲而成，直径仅为纳米级，长度可达微米级。这种结构赋予了碳纳米管优异的电学性能、机械强度和热稳定性。单根碳纳米管的弹性模量约为1TPa，拉伸强度范围为11至63GPa，热导率值介于3500至6600Wm-1K-1，远超传统材料。
在航天器应用中，抗辐射能力是关键指标。传统硅基器件在高能粒子辐射下容易产生位移损伤和电荷陷阱，导致性能退化甚至失效。而碳纳米管晶体管由于其独特的结构和物理特性，对辐射具有天然的免疫力。研究表明，碳纳米管晶体管在经过高剂量辐照后，性能几乎不发生退化，显示出极强的抗辐射能力。
这一技术突破将为航天器带来革命性的变化。首先，基于碳纳米管的宇航芯片将大幅提高航天器的计算能力和数据处理速度。其次，由于碳纳米管器件的低功耗特性，航天器的能源效率将得到显著提升。此外，碳纳米管的柔性和透明特性使其非常适合用于可弯曲或可穿戴设备，为航天器的健康管理提供新的解决方案。
目前，研究团队已经成功制备出栅长仅5nm的碳纳米管晶体管，性能远超同尺寸硅基器件，并实现了8英寸晶圆级的阵列制备，为大规模生产奠定了基础。尽管仍面临纯度控制、掺杂技术和成本等挑战，但随着研究的深入，碳纳米管器件有望在未来十年内实现商业化突破，引领电子设备的新一轮创新浪潮。
这一突破不仅展示了我国在前沿科技领域的创新能力，更为未来深空探测、载人航天等重大航天任务提供了强有力的技术支撑。随着碳纳米管技术的不断发展，我们有理由相信，未来的航天器将更加智能、可靠，为人类探索宇宙开辟新的可能。