Na een lange zomer hard werken in de laboratoria, onderzoekers in het Graphene Flagship zijn deze week klaar voor twee experimenten, het testen van grafeentechnologieën voor ruimtegerelateerde toepassingen in samenwerking met de European Space Agency (ESA).

Twee teams van onderzoekers zullen de voordelen van grafeen onderzoeken als lichtvoortstuwingsmateriaal in zonnezeilen, en als slimme coating in loop heatpipes voor satellieten. Beide experimenten zullen worden uitgevoerd in microzwaartekrachtomstandigheden, om de extreme omstandigheden in de ruimte te simuleren. De zonnezeilen zullen in microzwaartekracht drijven in een experiment met een druppeltoren, terwijl het onderzoeksteam dat heatpipes onderzoekt, gewichtloosheid zal ervaren aan boord van een parabolische vlucht.

Het Graphene Flagship is een pan-Europees onderzoeksconsortium dat zich inzet om grafeentechnologieën via onderzoekslaboratoria naar volwassen toepassingen te brengen. grafeen, de enkelvoudige dikke koolstofplaat, is veelbelovend voor tal van toepassingen dankzij zijn uitstekende elektrische, mechanische en thermische eigenschappen. Deze eigenschappen zullen nu worden getest in extreme microzwaartekrachtomstandigheden, het potentieel van grafeen uitbreiden naar nieuwe gebieden.

Loop heatpipes zijn koelsystemen die veel worden gebruikt in satellieten en ruimtevaarttoepassingen. Koeling wordt bereikt door een werkvloeistof in een lont om te zetten in gas, energie onttrekken aan het hete instrument dat moet worden gekoeld. Na veelbelovende resultaten op het terrein, een team van onderzoekers van het Graphene Flagship wil aantonen dat het coaten van de wieken met grafeen de effectiviteit van de warmtepijp kan verbeteren, zelfs in microzwaartekracht.

Om de met grafeen gecoate wieken te testen in microzwaartekrachtomstandigheden, de onderzoekers zullen deelnemen aan een parabolische vlucht met lage zwaartekracht die wordt uitgevoerd door ESA in samenwerking met Novespace. Door een reeks parabolische manoeuvres uit te voeren, microzwaartekracht wordt tijdens de vlucht gesimuleerd, en de onderzoekers zullen gewichtloosheid ervaren.

"Ik ben echt opgewonden, Ik heb nog nooit zoiets gedaan, " zei dr. Meganne Christian, een onderzoeker bij CNR. "Om deze materialen te zien waar we al zo lang aan werken, eindelijk werken in de omstandigheden die we willen, is echt spannend."

"Ik ben enthousiast over het experiment en kijk ernaar uit om lage zwaartekracht te ervaren, " zei dr. Yarjan Samad, een onderzoeker aan de Universiteit van Cambridge. "Het uitvoeren van de experimenten in microzwaartekracht zal een uitdaging zijn, maar we hebben allemaal veel werk verzet en ik denk dat we geweldige resultaten zullen behalen bij het verbeteren van de prestaties."

Het experiment is een samenwerking tussen Graphene Flagship-partners van het Microgravity Research Centre, Université libre de Bruxelles, België; het Cambridge grafeencentrum, Universiteit van Cambridge, VK; Instituut voor Organische Synthese en Fotoreactiviteit en Instituut voor Micro-elektronica en Microsystemen, Nationale Onderzoeksraad van Italië (CNR), Italië; en Leonardo Spa, Italië, een wereldleider op het gebied van lucht- en ruimtevaart, actief in ruimtesystemen en de fabricage van hightech-instrumenten en in het beheer van lancerings- en in-orbit-diensten en satellietdiensten.

Dr. Marco Molina (Leonardo), zei:"We zijn verheugd om deel te nemen aan het experiment en voor de eerste keer het gebruik van grafeen voor satellietlusheappijpen te testen. Het beheersen van opkomende technologieën zoals grafeen, en het gebruik ervan om geavanceerde producten te ontwikkelen is van het grootste belang voor een bedrijf als Leonardo, die zijn concurrentievermogen baseert op innovatie."

Lichtzeilen kunnen objecten in de ruimte voortstuwen met behulp van licht dat op een reflecterend oppervlak schijnt. grafeenX, een team van promovendi van de Technische Universiteit Delft (TU Delft), Nederland, hebben een experiment ontwikkeld om het potentieel van grafeen voor gebruik in licht voortstuwing te testen, door laserlicht te schijnen op vrij zwevende grafeenmembranen in microzwaartekracht. Het TU Delft Space Institute, Nederland, biedt ook ondersteuning aan het GrapheneX-project.

"Als je een zeil op zonne-energie wilt maken, is het heel belangrijk dat de materialen waarvan je het zeil maakt heel licht zijn, " aldus Vera Janssen (TU Delft), een promovendus betrokken bij het GrapheneX-project. "De ultieme lichtheid en sterkte zijn echt de belangrijkste voordelen van het gebruik van grafeen, "

Het experiment wordt uitgevoerd in de ZARM Drop Tower in Bremen, Duitsland als onderdeel van Drop Your Thesis! programma, die studenten uitnodigt om ideeën voor microzwaartekrachtexperimenten voor te stellen. Om extreme microzwaartekrachtomstandigheden te creëren, tot een miljoenste van de zwaartekracht van de aarde, een capsule met het experiment wordt op en neer gekatapulteerd door de 146 meter hoge toren, wat leidt tot 9,3 seconden gewichtloosheid.

"Faciliteiten zoals de ZARM Drop Tower zijn iets indrukwekkends, in de schaal die ze zijn en het aantal dingen dat moet samenwerken om goed te kunnen functioneren. Ik ben zeer vereerd om daarheen te gaan, " aldus Rocco Gaudenzi (TU Delft), een andere promovendus die deel uitmaakt van het GrapheneX-team.

Deze twee ambitieuze experimenten zijn een uitstekende demonstratie van het diverse potentieel van grafeen, en zal de basis leggen om de grenzen van grafeenonderzoek te verleggen.

Prof. Jari Kinaret (Chalmers University of Technology, Zweden), Directeur van het Graphene Flagship, zei:"Deze twee projecten illustreren het tweevoudige karakter van het Graphene Flagship:het loop heat pipe-project is gericht op een specifieke toepassing, terwijl het lichtzeilproject nauw verbonden is met fundamenteel onderzoek en voortbouwt op de unieke combinatie van eigenschappen die alleen grafeen kan bieden. Ik ben bijzonder trots op het feit dat een van deze projecten werd geïnitieerd door studenten die werkten aan een gebied dat volledig los stond van ruimtetoepassingen:dit toont de creativiteit van de volgende generatie onderzoekers, en toont de soms verrassende verbanden tussen verschillende delen van ons vlaggenschip - of misschien moet ik ruimteschip zeggen?"

Prof. Andrea Ferrari (Universiteit van Cambridge), Wetenschaps- en technologiefunctionaris van het Graphene Flagship en voorzitter van het managementpanel voegde toe:"Dit zijn de eerste experimenten waarbij grafeen wordt getest in omstandigheden van bijna nul zwaartekracht voor ruimtetoepassingen, en de eerste samenwerking tussen het Graphene Flagship en de European Space Agency, met een duidelijk pad naar toepassingen, dankzij de vlaggenschippartner Leonardo, een wereldleidende lucht- en ruimtevaartindustrie. We have already a roadmap to take graphene further in the space industry across the next two to four years, with an additional two zero gravity campaigns already confirmed."