De ruimte kan een gevaarlijke plek zijn. micrometeorieten, zonnedeeltjes, en ruimteafval - alles van gebruikte rakettrappen tot verffragmenten - rits langs satellieten met een snelheid tot 12,4 mijl (20 kilometer) per seconde, gevaren vormen voor hun gevoelige ruimtevaartuigoptica, detectoren, en zonnepanelen.

Hoewel ingenieurs verschillende technieken hebben ontwikkeld om ruimtevaartuigen te beschermen tegen deze snel bewegende wervelende derwisjen, niets biedt 100 procent bescherming.

Een technoloog bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, MD, echter, experimenteert met een opkomende technologie die een andere, misschien effectiever, techniek voor het verdedigen van gevoelige ruimtevaartuigcomponenten tegen de hogesnelheidsbombardementen.

Vivek Dwivedi en zijn medewerker, hoogleraar chemische technologie Raymond Adomaitis van de Universiteit van Maryland, Collegepark, maken gebruik van atomic layer deposition (ALD) - een snel evoluerende technologie voor het coaten van kunststoffen, halfgeleiders, glas, teflon, en een overvloed aan andere materialen — om een ​​nieuwe supersterke, ultradunne coating gemaakt van kleine buisjes boornitride, lijkt qua uiterlijk op de borstelharen van een tandenborstel.

''Kristallijn boornitride is een van de hardste materialen ter wereld, ' zei Dwivedi, waardoor het ideaal is als coating om gevoelige ruimtevaartuigcomponenten minder vatbaar te maken voor schade wanneer ze worden geraakt door ruimtestof, kleine rotsen, en hoogenergetische zonnedeeltjes.

Atoomlaagafzetting

De ALD-techniek, die de halfgeleiderindustrie heeft toegepast bij de productie van computerchips, omvat het plaatsen van een substraatmateriaal in een reactorkamer en het achtereenvolgens pulseren van verschillende soorten voorlopergassen om een ​​ultradunne film te creëren waarvan de lagen letterlijk niet dikker zijn dan een enkel atoom.

ALD verschilt van andere technieken voor het aanbrengen van dunne films doordat het proces wordt opgesplitst in twee halfreacties, in volgorde wordt uitgevoerd, en wordt herhaald voor elke laag. Als resultaat, technici kunnen de dikte en samenstelling van de afgezette films nauwkeurig controleren, zelfs diep in de poriën en holtes. Dit geeft ALD de unieke mogelijkheid om in en rond 3D-objecten te coaten. Dit voordeel - in combinatie met het feit dat technologen films kunnen maken bij veel lagere temperaturen dan met de andere technieken - heeft velen in de optica geleid, elektronica, energie, textiel, en velden voor biomedische hulpmiddelen om oudere depositietechnieken te vervangen door ALD.

Volgens Dwivedi, als technici ALD gebruiken om glas te coaten met aluminiumoxide, bijvoorbeeld, ze kunnen glas met meer dan 80 procent versterken. De resulterende dunne films werken als ''nano stopverf, '' het vullen van de defecten op nanometerschaal die in glas worden gevonden - dezelfde kleine scheurtjes die glas doen breken wanneer het door een object wordt geraakt. ''Deze ALD-toepassing heeft diepgaande mogelijkheden voor de volgende generatie bemanningsmodules, ' zei Dwivedi. ''We zouden de dikte van de glazen ramen kunnen verminderen zonder in te boeten aan sterkte.''

''Het is echt spannend, ' zei Ted Swanson, Goddards assistent-chef voor technologie voor mechanische systemen. ''Dit is een opkomende technologie die een geheel nieuwe manier biedt om ruimtevaartuigcomponenten te beschermen, wellicht effectiever dan met de huidige technieken mogelijk is. Net zo belangrijk, met ALD, materiaal kunnen we goedkoper neerleggen.''

''Hardste materialen in de 'wereld'

Dit wil niet zeggen dat de taak gemakkelijk is, zei Dwivedi.

Het vervaardigen van een op ALD gebaseerde coating gemaakt van boor en andere voorlopergassen is buitengewoon moeilijk te doen. Momenteel, technologen maken boorfilms door boorpoeder te laten reageren met stikstof en een kleine hoeveelheid ammoniak in een kamer die moet worden verwarmd tot een verzengende 2, 552 graden Fahrenheit - een duur proces. Met ALD, ultradunne boornitride-film zou in een kamer kunnen worden gelegd die niet heter is dan 752 graden Fahrenheit.

''Ons team heeft de moeilijkheden bestudeerd en denkt te begrijpen waarom ze zich voordoen, ' zei Dwivedi. Als resultaat, hij gelooft dat het team er volgend jaar in zal slagen boornitride op een siliciumsubstraat af te zetten. Als volgende tests bij Goddard en NASA's Langley Research Center in Hampton, va., bewijzen de effectiviteit van het materiaal als beschermende coating, hij gelooft dat instrumentontwerpers de technologie ooit kunnen gebruiken om spiegels te coaten, ruimtevaartuig bussen, en andere componenten. Een dergelijke test zou al volgende zomer kunnen plaatsvinden.

Naast het creëren van een beschermende coating, Dwivedi en zijn team gebruiken financiering van Goddard's Internal Research and Development-programma en NASA's Center Innovation Fund om de techniek te testen als een mogelijke manier om röntgentelescoopspiegels te coaten, die moet worden gebogen om hoogenergetische röntgenfotonen te verzamelen die anders platte spiegels zouden doorboren, en radiatoren die nodig zijn om warmte weg te leiden van gevoelige instrumenten.

''Deze technologie kan alles bedekken. Het is perfect van punt tot punt. Er zijn zoveel toepassingen voor deze technologie, ' zei Dwivedi. ''Het enige dat het gebruik ervan beperkt, is je verbeeldingskracht.''