邁克爾是麻省理工大學(xué)材料科學(xué)工程系的副教授，同時也是美國洛杉磯白楊國家實驗室的一員。該實驗室剛剛收到一筆來自美國聯(lián)邦政府“能源尖端研究中心”的津貼，用于發(fā)展納米級的合成材料。據(jù)稱，納米級的合成材料可以耐高溫、輻射以及承受極端的機械負荷。實驗室發(fā)展新技術(shù)的最終目的是將其應(yīng)用于能源領(lǐng)域，制造核電廠、燃料電池、太陽能電板、碳吸存設(shè)備等所需的材料。
邁克爾解釋說，能源生產(chǎn)的所有領(lǐng)域都十分需要能耐極端環(huán)境的材料，因此該技術(shù)前途無量。.邁克爾與他的團隊已經(jīng)找到了新方法，用于設(shè)計、生產(chǎn)擁有優(yōu)良特性納米級合成材料。他說，目前人們也有其他的方法設(shè)計并制造出相應(yīng)的納米級材料，并同時預(yù)測制出的納米級材料所擁有的特性。但這些方法需要反復(fù)實驗，從實驗中慢慢改進，因此成本大、耗時長，不是生產(chǎn)新材料的最佳辦法。而邁克爾他們提供的新方法不僅能夠極大地加快材料設(shè)計、生產(chǎn)的過程，同時也可以很好地解決材料科學(xué)家提出的“逆問題”。“逆問題”是指在納米材料生產(chǎn)出來之前，詳細描述科學(xué)家們所設(shè)想的納米級材料應(yīng)該擁有的一系列屬性以及預(yù)測哪種相應(yīng)結(jié)構(gòu)可能擁有這些屬性。
輻射破壞材料結(jié)構(gòu)
邁克爾及其工作小組的第一個目標(biāo)就是生產(chǎn)出具有抗輻射屬性的材料。之所以將材料的抗輻射性看得如此重要是因為這一屬性能讓核電廠變得更加安全，同時提高核電廠的發(fā)電效率。
一般情況下，當(dāng)材料被暴露于輻射線中時，高能量粒子，如中子就會被加速并與單獨的原子相撞，將它們撞出原來的晶體結(jié)構(gòu)。原子離開固有的晶結(jié)構(gòu)之后的運行軌跡與撞球相似：被移位的原子又與附近晶體結(jié)構(gòu)中的原子相撞，使后者同樣離開原來的位置，依此類推。這樣一來，射線造成的破壞就由單個晶體結(jié)構(gòu)擴散到整個材料，使材料中形成很多“空缺”（晶體結(jié)構(gòu)中原子缺失）與“間隙”（多余的原子擠進本來不屬于自己的位置），最終將材料完全損壞。
納米級合成材料的抗輻射屬性
制造抗輻射的納米級合成材料的關(guān)鍵在于不同材料層之間的界面。材料層變得越，界面對材料屬性的影響就越大。而正是這些界面使合成材料擁有合成要素所不擁有的全新特性。下面就是納米級合成材料的自動修復(fù)特性：
在納米級的合成材料中，上述“空缺”與“間隙”能在界面被同時捕獲，并極可能相遇。如果二者相遇，“間隙”中多余的原子就能重新填入“空缺”中，從而使被破壞的晶格結(jié)構(gòu)得到恢復(fù)。據(jù)邁克爾稱，修復(fù)完成之后，合成材料就能完全恢復(fù)以前的屬性，看起來像沒有受到輻射一樣。
抗輻射材料在核反應(yīng)堆中展身手
目前被廣泛應(yīng)用于核反應(yīng)堆的是不銹鋼。若用新材料取代不銹鋼，不但可以延長核反應(yīng)堆的使用壽命，同時也能使反應(yīng)堆能在高輻射環(huán)境中工作。研究人員解釋說，由于現(xiàn)有核反應(yīng)堆抗輻射能力差，大量核燃料都不能得到充分燃料，因此現(xiàn)有反應(yīng)堆中核燃料的燃燒率僅為1%（核燃料燃燒越充分，所產(chǎn)生的核輻射越強）。據(jù)科學(xué)家預(yù)計，使用新材料的反應(yīng)堆能大大提高核燃料的燃燒率，在提高核燃料利用率的同時也減少了核電廠內(nèi)所產(chǎn)生的核廢料量。
邁克爾與其工作團隊已經(jīng)利用不同原子組之間的機械互動制造出能夠抗輻射的納米級材料。2008年，邁克爾曾在國際物理學(xué)最具影響的學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters）上描述過該物質(zhì)。它是由金屬銅與鈮合成而來。不過該合成材料并不能被應(yīng)用于核電廠內(nèi)，因為它吸收中子之后會衰變成放射性材料。盡管如此，既然已經(jīng)知道銅鈮合成材料能抵抗輻射，邁克爾相信他們很快便能利用自己的方法找到其他的具有相同屬性、并且性能更加優(yōu)越的新材料。不過邁克爾同時指出，由于核電廠的敏感性及破壞性，即使他們找到了合適的金屬材料，也不能馬上被用于核反應(yīng)堆中。前期的測試就有可能持續(xù)十年左右。
