「3D列印水凝膠」能抗宇宙輻射 降低人類探索太空風險葉芳筑 (2025-02-10 16:20:38)

水凝膠常由聚丙烯酸（PAA）、聚乙烯醇（PVA）、明膠、海藻酸鈉等聚合物製成，透過化學交聯（如戊二醛）或物理方法形成三維網絡，經冷卻或加熱固化後即成型。編譯／高晟鈞

太空對於人類來說是一個惡劣的環境，太空人與太空船彷彿置身於24小時不間斷的子彈掃射中，遭射高能量輻射粒子的轟擊，對人類健康與精密儀器構成重大風險。來自比利時的研究團隊正致力於開發能隔絕輻射危害的3D列印水凝膠，降低宇宙探索的風險。

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太空環境惡劣,高能量輻射粒子持續轟擊,對太空人健康與精密儀器構成重大風險。（示意圖／123RF）[/caption]

水凝膠是什麼？

水凝膠是一種具有三維網狀結構的高分子材料，能夠吸收其重量數倍的液體且不會流出。水凝膠的常見材料包含聚丙烯酸（PAA）聚乙烯醇（PVA）、明膠、海藻酸鈉等天然或合成聚合物。這些材料可以溶解在水中，並通過化學交聯反應劑（如戊二醛）進行交連或通過物理方法來形成三維網絡結構。將混合物冷卻或加熱至固化後，便形成了我們看到的水凝膠。

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水凝膠是一種具有三維網狀結構的高分子材料,能夠吸收其重量數倍的液體且不會流出。圖片編號（示意圖／123RF）[/caption]

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水凝膠具有良好的生物相容性、可降解性、多功能性與可塑性。而為何選擇水凝膠作為抗輻射材料是因為，水本身密度大且含氫量高，能很好地減緩輻射穿透。然而，水本身由於是液體，在太空衣與太空船的應用並不容易，除了分布不均勻的水容易損害防護效果、且過於笨重，若洩漏也容易造成儀器損壞。至此，水凝膠成為了最合適的選擇。

3D列印水凝膠

3D列印技術最大的優勢便在於，研究人員能夠創造任何所需形狀的水凝膠，在保留所有特性的前提下，客製化造型與尺寸，非常適合太空衣與太空船的外膜。研究人員也利用基於水凝膠的3D列印技術，成功創建了小型的太空梭與月球太空人的3D模型，證明水凝膠在太空條件下的安全性。

要知道，太空人在宇宙中僅一天的時間就遭受相當於地球一年的輻射量。因此，輕質輻射防護材料的開發迫在眉睫。在未來，研究團隊將應用不同的技術，將材料塑造成3D結構並擴大生產流程，以便將其工業化。

資料來源: Interesting Engineering

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