Het Center for Advanced Two-Dimensional Materials (CA2DM) van de National University of Singapore (NUS) heeft samengewerkt met het Amerikaanse ruimtevaartbedrijf Boreal Space om de eigenschappen van grafeen te testen nadat het in de stratosfeer is gelanceerd. De resultaten kunnen inzicht geven in hoe grafeen kan worden gebruikt voor ruimte- en satelliettechnologieën.

"Het nut van grafeen op aarde is het afgelopen decennium al vastgesteld. Het is nu een geschikt moment om de vooruitzichten voor gebruik in ruimtetoepassingen uit te breiden - een gebied dat wordt aangeprezen als de meest uitdagende voor moderne technologie - en het paradigma van materiaalwetenschap te veranderen. Ruimte is de laatste grens voor grafeenonderzoek, en ik geloof dat dit de eerste keer is dat grafeen de stratosfeer is binnengekomen, " zei projectleider professor Antonio Castro Neto, Directeur van NUS CA2DM.

Grenzen verleggen voor grafeenonderzoek

Tweedimensionaal grafeen heeft een unieke combinatie van extreem flexibel, harder dan diamant, en sterker dan staal. Hoewel onderzoekers erkennen dat het potentieel kan hebben voor ruimtetoepassingen, het praktische gebruik ervan moet nog worden vastgesteld.

"Om een ​​ruimtevaartuig over lange afstanden in de ruimte te verplaatsen, er zijn enorme versnellingen en snelheden nodig die alleen mogelijk zijn met apparatuur met een zeer lage massa. Grafeen is het ideale materiaal omdat het tot de lichtste, en toch sterkst, functionele materialen die we hebben. In aanvulling, de hoge elektronische prestaties van grafeen maken het een uitstekende kandidaat om het gebrek aan zuurstof en lage temperaturen in de ruimte aan te pakken, " legde prof Castro Neto uit.

Om de veelzijdigheid van grafeen op de proef te stellen, een team onder leiding van professor Barbaros Özyilmaz, Hoofd grafeenonderzoek bij NUS CA2DM, het materiaal voorbereid door een substraat te coaten met een enkele laag grafeen van ongeveer 0,5 nanometer dik, meer dan 200 keer dunner dan een lok mensenhaar. Het monster was veilig geassembleerd in een Boreal Space 'Wayfinder-Mini' CubeSat, en geplaatst in de laadruimte van de sondeerraket.

Het ruimtevaartuig werd gelanceerd in de ochtend van 30 juni 2018, boven de Mojave-woestijn in de Verenigde Staten. Het lanceerteam van Boreal Space was verantwoordelijk voor de ondersteuning van de lancering van de lading tijdens het opstijgen, neuskegel scheiding, toezicht tijdens de vlucht, parachutespringen terug naar de aarde, impact en herstel.

Tijdens de lancering, het ruimtevaartuig werd naar een suborbitale omgeving gestuurd, en het grafeenmateriaal werd onderworpen aan zware omstandigheden zoals snelle acceleratie, trillingen, akoestische schok, sterke druk en een breed scala aan temperatuurschommelingen. Het monster kwam na een vlucht van 71 seconden weer in de atmosfeer van de aarde terecht. parachutespringen naar een landing in de Mojave-woestijn.

Het grafeenmonster werd op dezelfde dag door het team opgehaald, en het NUS CA2DM-team voert tests uit om te beoordelen of de structurele eigenschappen en stabiliteit tijdens de lancering en landing zijn aangetast. Vooral, het team zal Raman-spectroscopietechnieken gebruiken om de aanwezigheid van defecten in het monster te detecteren.

"Als deze onderzoekssamenwerking kan aantonen dat grafeen zijn verschillende eigenschappen en kenmerken behoudt nadat het in een suborbitale omgeving is gelanceerd, het zal opwindende nieuwe mogelijkheden bieden voor grafeen om te worden opgenomen in technologieën die geschikt zijn voor ruimte- en ruimtevaartmissies. Dergelijke technologieën kunnen elektromagnetische afscherming, efficiënte zonne-energieopwekking, en uitstekende thermische bescherming, " zei prof Castro Neto.

mevrouw Barbara Plante, voorzitter van de Boreale Ruimte, toegevoegd, "We zijn erg enthousiast over het verhogen van het technologische gereedheidsniveau van grafeen en het promoten van het nut ervan in de ruimte. Ik ben ervan overtuigd dat grafeen een uiterst belangrijke rol zal spelen bij de commercialisering van de ruimte. Deze en toekomstige lanceringen ondersteunen de demonstratie van toekomstig gebruik van op grafeen gebaseerde technologie in de ruimte."

Naast het NUS grafeen experiment, de Boreal Space 'Wayfinder-Mini' CubeSat was ook gastheer voor magnetische veldsensoren van galliumnitride, geleverd door het Extreme Environments Lab (XLab) van Stanford University. Het Stanford-team is niet alleen op zoek naar belangrijke experimentele gegevens, zoals de overleving van de lanceringsbelasting en de integriteit van elektronische signalen, maar ook inzichten in magnetische interferentie, ruisonderdrukking en stralingseffecten op hun sensoren.

Na deze gecombineerde missie, bekend als GRASP (GRAphene en Stanford Payloads), Boreal Space blijft suborbitale en lage baanomloopmogelijkheden bieden om de overlevingskansen en bruikbaarheid van de lading in de ruimteomgeving te testen en te valideren.