Dodano: 20 grudzień 2017r.

Grafen w technologiach kosmicznych. Obiecujące wyniki testów

Przeprowadzone w ramach współpracy pomiędzy Graphene Flagship a Europejską Agencją Kosmiczną eksperymenty testujące grafen dla dwóch różnych zastosowań związanych z przestrzenią kosmiczną przyniosły bardzo obiecujące wyniki. W oparciu o te rezultaty Graphene Flagship będzie kontynuować prace nad urządzeniami grafenowymi do wykorzystania w przestrzeni kosmicznej.

 

- Grafen, ma wiele możliwości zastosowania, a jedną z nich, są urządzenia wykorzystywane w przestrzeni kosmicznej. To jest pierwszy raz, kiedy grafen został testowany do zastosowania w technologiach kosmicznych - powiedział prof. Andrea Ferrari (Uniwersytet Cambridge w Wielkiej Brytanii), Koordynator Obszaru Nauka i Technologia w Graphene Flagship.

Doskonałe właściwości termiczne grafenu są obiecujące w zakresie poprawy działania rur cieplnych w systemie obiegowym, systemów zarządzania ciepłem stosowanych w lotnictwie oraz zastosowań w satelitach. Grafen nadaje się również do wykorzystania w napędach kosmicznych, ze względu na jego lekkość i silną interakcję ze światłem. W ramach projektu Graphene Flagship przetestowano obie te możliwości w czasie wykonanych eksperymentów w listopadzie i grudniu tego roku.

Głównym elementem pętli cieplnej jest metalowy knot, w którym ciepło zostaje przeniesione z gorącego przedmiotu do płynu, który chłodzi system. Dwa różne rodzaje grafenu zostały przetestowane we współpracy: Centrum Badawczego Mikrograwitacji (Université libre de Bruxelles, Belgia); Centrum Grafenu (University of Cambridge, Wielka Brytania); Instytutu Syntezy Organicznej i Fotoreaktywności oraz Instytutu Mikroelektroniki i Mikrosystemów (CNR, Włochy) wraz z partnerem przemysłowym Leonardo SPA (Włochy), światowym liderem w dziedzinie technologii kosmicznych.

- Dążymy do zwiększenia żywotności oraz większej autonomiczności satelitów i sond kosmicznych. Poprzez dodanie grafenu uzyskamy poprawę niezawodności rur cieplnych, zdolnych do samodzielnej pracy w przestrzeni kosmicznej - powiedział dr Marco Molina, dyrektor ds. Technicznych w dziale zajmującym się technologiami kosmicznymi firmy Leonardo.

Po doskonałych wynikach w testach laboratoryjnych knoty do rur cieplnych w systemie obiegowym testowano w trakcie dwóch tur lotów parabolicznych ESA w listopadzie i grudniu. - Wykonaliśmy poprawne testy w laboratorium i następnym etapem było sprawdzenie, jak knoty działają w warunkach niskiej grawitacji, a także w warunkach hipergrawitacji, jakie występują w czasie startu satelity - dodał Prof. Ferrari.

- Wrażenie było niesamowite, przeprowadzanie eksperymentów w takich warunkach było wyjątkowo interesujące, a możliwość obserwowania dryfowania w przestrzeni to ciekawe przeżycie - powiedziała Vanja Miskovic, studentka Université libre de Bruxelles, która wykonała eksperyment w warunkach mikrograwitacji podczas parabolicznego lotu zrealizowanego przez firmę Novespace.

Wyniki lotu parabolicznego potwierdzają skuteczność wprowadzonych udoskonaleń knota, dlatego w ramach projektu Graphene Flagship będą kontynuowane prace nad rozwojem rury cieplnej opartej na grafenie dążąc do uzyskania produktu gotowego do sprzedaży. - Myślę, że jest to bardzo dobry przykład działania projektu Graphene Flagship: połączenie działania trzech partnerów ze świata nauki i przedstawicieli przemysłu ukierunkowanych na określony cel wdrożeniowy - powiedział Vincenzo Palermo (CNR), Zastępca Dyrektora Graphene Flagship. - W tej chwili przetestowaliśmy założenia koncepcji oraz system działania urządzenia. Następnym krokiem będzie optymalizacja procesu i uzyskanie rury cieplnej, która może być użyta w satelitach - dodał.

Testując potencjał grafenu w technologiach kosmicznych, grupa doktorantów z Uniwersytetu Technicznego w Delft (TU Delf, Holandia) uczestniczyła w programie edukacyjnym ”ESA Drop Your Thesis!”, który umożliwia studentom przeprowadzenie eksperymentu w stanie mikrograwitacji w wieży swobodnego spadania znajdującej się w niemieckim Bremen. Licząca 146 m wysokości wieża ZARM stwarza warunki ekstremalnie niskiego przyciągania o sile obniżonej do jednej milionowej ziemskiej grawitacji. Kapsuła, w której przeprowadzony był eksperyment, katapultowana była w górę i w dół wieży, dzięki czemu na 9,3 sekundy znajdowała się w stanie nieważkości.

Grupa GrapheneX opracowała i wykonała eksperyment w ramach którego została sprawdzona przydatność grafenu dla żagli świetlnych w warunkach mikrograwitacji. Celem testu było sprawdzenie jak membrany grafenowe będę się działać pod wpływem promieniowania laserów. Testy wykonano 5 razy w okresie 13-17 listopada br.

- Nasz eksperyment jest tak złożony jak "mechanizm zegarowy", w którym każdy komponent musi działać płynnie we właściwym czasie - powiedział Rocco Gaudenzi z zespołu GrapheneX. - Rzadko zdarza się budować od podstaw taki mechanizm, którego nie można przetestować w warunkach rzeczywistych, a jedynie jest to możliwe w momencie rozpoczęcia testu - wyjaśnił.

Zespół intensywnie pracował, aby eksperyment był udany. - Mimo początkowych trudności technicznych szybko udało nam się ustalić, jak funkcjonuje ten proces, rozwiązać problemy i wrócić na właściwe tory. Jesteśmy bardzo zadowoleni z wyników eksperymentu, ponieważ zaobserwowaliśmy indukowany laserem ruch żagla grafenowego - powiedział Davide Stefani z zespołu GrapheneX.

Chociaż eksperyment GrapheneX został zakończony, zespół rozważa dalsze testy w ramach nowego projektu badawczego dotyczące badania wpływu promieniowania na grafenowe żagle świetlne.

Wyniki obu projektów prezentują wszechstronność grafenu i stanowią krok w kierunku zwiększenia obszarów badań nad grafenem.

Grafen

Grafen jest jednym z najbardziej interesujących i uniwersalnych materiałów znanych do tej pory. Jako pierwszy na świecie materiał dwuwymiarowy, składający się z pojedynczej warstwy atomów węgla ułożonych w sieć o strukturze plastra miodu, posiada zestaw unikatowych i wyjątkowych właściwości. Poza tym, że jest najcieńszym i najlżejszym materiałem jest również elastyczny, nieprzepuszczalny dla cząsteczek, posiada wysokie przewodnictwo elektryczne i termiczne.

Grafen ma wiele do zaoferowania światowej gospodarce, która stara się utrzymać wysokie tempo innowacji. Ten materiał dwuwymiarowy ułatwia przejście do technologii nowej generacji - na przykład wytrzymałość i elastyczność grafenu umożliwia stworzenie elastycznych baterii i giętkich wyświetlaczy. Jego unikatowe właściwości mogą być przydatne w produkcji nowej generacji gadżetów elektronicznych i bloków funkcjonalnych do Internetu Rzeczy oraz czujników.

Unikalna kombinacja właściwości grafenu w połączeniu z jego łatwością łączenia z materiałami kompozytowymi może dokonać pozytywnej zmiany w zakresie technologii tworzenia kompozytów. Użycie grafenu toruje drogę dla nowej diagnostyki i zabiegów np. w dziedzinie dostarczania leków i biosensorów. Technologie oparte na grafenie okazują się integralną częścią innowacyjnej komunikacji, takiej jak 5G, umożliwiając powstanie systemów komunikacji optycznej wysokiej wydajności za pomocą ultraszybkich i kompaktowych urządzeń optoelektronicznych.

Graphene Flagship

Graphene Flagship to największa w historii Unii Europejskiej inicjatywa badawcza. Na 10-letni projekt przeznaczono budżet wynoszący ok. jednego miliarda euro. Międzynarodowe konsorcjum naukowo-przemysłowe, złożone z ponad 150 partnerów z 20 państw, realizuje całe spektrum zadań, od produkcji materiałów i podzespołów do budowy zintegrowanych systemów.

Celem przedsięwzięcia jest rozwój badań naukowych nad wykorzystaniem grafenu i innych materiałów dwuwymiarowych w różnych dziedzinach życia i gospodarki, co przyczyni się do przełomu technologicznego, jak również pozytywnie wpłynie na gospodarkę i rynek pracy w Europie.

 

Źródło: ITME, Materiały prasowe, fot. Graphene Flagship