Grafen w kosmicznych technologiach
Naukowcy i studenci uczestniczący w projekcie Graphene Flagship przygotowują się do dwóch nowatorskich eksperymentów realizowanych we współpracy z Europejską Agencją Kosmiczną (ESA). Oba eksperymenty rozpoczną się pomiędzy 6 a 17 listopada 2017r. testem grafenu w stanie nieważkości, a ich rezultaty posłużą dla określenia potencjału grafenu w obszarze technologii kosmicznych.
Graphene Flagship to europejska inicjatywa badawcza, której celem jest opracowanie nowych technologii opartych na grafenie - odmianie alotropowej węgla o grubości jednego atomu o doskonałych właściwościach elektrycznych, mechanicznych, termicznych i optycznych. Podstawową kwestią w programie Graphene Flagship jest kształcenie studentów i młodych naukowców. Ambitne eksperymenty związane z przestrzenią kosmiczną są doskonałą okazją dla studentów i badaczy uczestniczących w programie do zdobycia nowych doświadczeń w przełomowych badaniach. Zachęcamy do śledzenia ich postępów – od wczesnych etapów prac w laboratoriach, aż do momentu ich pobytu w stanie nieważkości!
Zespół studentów Graphene Flagship z Uniwersytetu Technicznego w Delft uczestniczy w programie ESA Drop Your Thesis! W ramach zaproponowanego przez nich eksperymentu sprawdzona zostanie przydatność grafenu dla żagli świetlnych w warunkach mikrograwitacji. Przetestowane zostanie jak dużo pędu można wygenerować poprzez wysłanie promienia lasera na zawieszone membrany grafenowe (stworzone przez firmę Graphenea, jednego z partnerów programu Graphene Flagship). Rezultaty mogą doprowadzić do opracowania nowego sposobu poruszania się satelitów w przestrzeni kosmicznej z wykorzystaniem promieni lasera lub promieni słonecznych.
W skład zespołu doktorantów ”GrapheneX” wchodzą studenci grupy badawczej Herre van der Zant Uniwersytetu Technicznego w Delft: Santiago Cartamil Bueno, Davide Stefani, Vera Janssen, Rocco Gaudenzi. Lider projektu ”GrapheneX” Santiago Cartamil Bueno opisuje w następujący sposób oczekiwania wobec projektu: „Podzieliliśmy zadania pomiędzy członków zespołu i bardzo ambitnie podchodzimy do ich realizacji, zależy nam na jakości przeprowadzanych eksperymentów i zachowaniu precyzji naukowej”.
Program edukacyjny ”ESA Drop Your Thesis!” oferuje studentom możliwość zaprojektowania eksperymentu w wieży swobodnego spadania znajdującej się w niemieckim Bremen, gdzie symulowane są warunki słabej grawitacji i kosmicznej próżni. Licząca 146 m wysokości wieża ZARM stwarza warunki ekstremalnie niskiego przyciągania o sile obniżonej do jednej milionowej ziemskiej grawitacji. Kapsuła, w której przeprowadzony będzie eksperyment, zostanie wystrzelona w górę i w dół wieży, dzięki czemu na 9,3 sekundy znajdzie się w stanie nieważkości. Jednocześnie realizowany będzie eksperyment w ramach którego bada się jak grafen może poprawić wydajność odprowadzania ciepła w rurach cieplnych w systemie obiegowym tj. systemie chłodzącym wykorzystywanym w satelitach i urządzeniach kosmicznych. Eksperyment jest realizowanym we współpracy z partnerami programu Graphene Flagship: Microgravity Research Centre, Université libre de Bruxelles (Belgia); the Cambridge Graphene Centre, University of Cambridge, (Wielka Brytania); Institute for Organic Synthesis and Photoreactivity, National Research Council of Italy (CNR) oraz firmy Leonardo – globalnego lidera w przemyśle kosmicznym, produkującego szereg komponentów i systemów dla kosmonautyki.
Istotną częścią rury cieplnej w systemie obiegowym jest knot, standardowo wytwarzany z porowatego metalu. W tym eksperymencie knot będzie pokryty różnymi rodzajami materiałów bazujących na grafenie w celu zwiększenia efektywności rury cieplnej. Knoty będą testowane w trakcie parabolicznego lotu w warunkach niskiej grawitacji, jaki zostanie przeprowadzony przez ESA we współpracy z Novespace we Francji. W trakcie każdego 3-godzinnego lotu, specjalnie zmodyfikowany samolot będzie wykonywał 30 parabolicznych wzlotów z około 25 sekundową nieważkością w każdej paraboli.
Zaangażowani w eksperyment naukowcy z programu Graphene Flagship - Vanja Mišković i Fabio Iermano pracują w Microgravity Research Centre, a Lucia Lombardi i Yarjan Samad w Cambridge Graphene Centre. Oprócz eksperymentów naziemnych, młodzi naukowcy będą przeprowadzać w listopadzie br. doświadczenia w warunkach nieważkości na pokładzie samolotu w trakcie lotu niskiej grawitacji.
“Jestem naprawdę podekscytowany, gdyż to będzie moje pierwsze doświadczenie stanu nieważkości” - mówi Lombardi – „Pomysł polega na tym, aby użyć grafenu do polepszenia przewodności cieplnej oraz ciśnienia kapilarnego przez powiększanie się struktur gąbczastych w materiale, z którego został stworzony knot”.
“Chcemy sprawdzić różnie rodzaje powłok, gdyż grafen i tlenek grafenu mają różne właściwości, mamy jednak nadzieję na otrzymanie dobrych rezultatów użycia obu tych rodzajów powłok” – dodaje Mišković - „Cieszę się bardzo, wiem, że niewielu ludzi dostaje takie możliwości”.
Andrea Ferrari (University of Cambridge), przewodniczący Zespołu Zarządzającego Graphene Flagship i Koordynator Obszaru Nauka i Technologia mówi: „Kosmos to nowy obszar do wykorzystania w projektach Graphene Flagship. Te eksperymenty będą sprawdzały użyteczność urządzeń przygotowanych z zastosowaniem grafenu w przestrzeni kosmicznej. Połączenie know-how i możliwości partnerów programu Graphene Flagship oraz Europejskiej Agencji Kosmicznej, jak również globalnego lidera w zakresie technologii kosmicznej Leonardo, daje mocne podstawy do osiągnięcia zaawansowanego poziomu gotowości do użycia tej technologii”.
Jari Kinaret (Chalmers University of Technology, Szwecja), Dyrektor programu Graphene Flagship dodaje: „Te dwa projekty to przykład podwójnego charakteru programu Graphene Flagship: rura cieplna w systemie obiegowym jest przeznaczona do specjalnych zastosowań, podczas gdy żagle świetlne znajdą zastosowanie głównie w badaniach podstawowych. Oba przykłady innowacji opierają się na unikatowym połączeniu właściwości, które jedynie grafen może zapewnić. Jestem w szczególności dumny z tego, że projekty te zostały zainicjowane przez studentów prowadzących badania w obszarach zupełnie niezwiązanych z przestrzenią kosmiczną. Dowodzi to kreatywności młodego pokolenia i przedstawia zaskakujące połączenia pomiędzy różnymi obszarami prac badawczych prowadzonych w projekcie Graphene Flagship.
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/ as/
