美国研究显示石墨烯纳米带可耐受伽马辐射，有望用于聚变反应堆传感器

7月16日消息，美国亚利桑那大学研究团队近日展示了石墨烯纳米带在极端辐射环境中的潜在应用。相关概念验证研究已发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上。研究人员将这种纳米级半导体材料集成到半导体器件中，并对其进行伽马辐射照射，结果显示，器件在受照后仍能保持响应，但电学性能出现明显变化。

研究负责人、亚利桑那大学工程学院材料科学与工程助理教授Zafer Mutlu表示，器件能够经受辐射暴露并产生可测量响应，正是传感器所需要的特性。研究团队认为，石墨烯纳米带可用于聚变反应堆及深空环境中的辐射监测，帮助识别材料或系统在强辐射下的退化情况。

在聚变反应堆中，第一壁是分隔高温燃料和反应堆结构的内层屏障，会在强辐射环境下逐渐退化，需要定期检查和更换。目前常用的硅基传感器难以在第一壁内部长期工作，只能布置在屏障外侧，运行期间多依赖间接测量，停堆后再进行实物检查。此次研究显示，伽马辐射未破坏石墨烯纳米带的原子框架，却引发了强烈且可测的电学响应，这意味着相关传感器未来有望部署在更接近反应堆核心的位置，为维护计划提供更直接的数据支持。

研究中使用的石墨烯纳米带宽度为9个原子、厚度为1个原子，平均长度约45纳米。研究人员提出，伽马辐射穿过周围空气时会产生反应性分子，对纳米带边缘造成细微影响;在量子尺度下，这些小变化会显著影响电信号传输，并可能触发名为“安德森局域化”的量子效应，使携带电荷的电子受限，从而导致电流明显下降，形成辐射暴露信号。

研究团队下一步计划在不同辐射剂量下测试同类器件，并探索不同尺寸石墨烯纳米带的性能。Mutlu表示，这类材料可在原子和分子层面进行设计，从而调节其对辐射的敏感程度。除聚变反应堆外，该技术也可能用于通信卫星、地球观测卫星和深空探测器等空间系统的状态监测，帮助提前发现辐射相关损伤。