Fra flagskib til rumskib - to eksperimenter, der skubber grænsen for grafenes potentiale

På grund af dets karakteristiske egenskaber er grafen blevet holdt frem som et spilskiftende materiale til en række industrier og applikationer. Graphene Flagship-initiativet blev oprettet som Europas største forskningsinitiativ med flere interessenter nogensinde, bogstaveligt talt at forme teknologiens fremtid.

Det 10-årige grafen-flagskib, delvist EU-finansieret, blev oprettet for at udnytte det teknologiske potentiale af grafen og relaterede lagdelte materialer til fremtidige applikationer. Forskningsmedlemmer af initiativet gennemførte for nylig to eksperimenter for at vurdere, for første gang, levedygtigheden af ​​grafen til rumapplikationer. Eksperimenterne, i samarbejde med Den Europæiske Rumorganisation og andre partnere, testede materialet under nul-tyngdekraftsforhold specifikt til let fremdrift og også til termiske styringsapplikationer, med meget opmuntrende resultater.

Er rumgrafens nye grænse?

Grafens unikke termiske, lys, styrke- og vægtegenskaber gør den til en ideel kandidat til at forbedre ydeevnen af ​​rumfarts- og satellitapplikationer. I en række eksperimenter udført i slutningen af ​​sidste år, Graphene Flagship-forskere så specifikt på mulig brug af materialet til forbedring af rumfremdrift, samt termiske styringssystemer og loop heat pipes.

Til eksperimenterne med solsejl, et hold af kandidatstuderende fra Delft Technical University, Holland udnyttede Tysklands 146 meter ZARM Drop Tower mikrogravitationsforhold (ned til en milliontedel af Jordens gravitationskraft) til at undersøge brugen af ​​grafen til lette sejl. Holdet designede fritsvævende grafenmembraner, som derefter blev udsat for strålingstryk fra lasere, for at se, hvordan de reagerede og angive, hvor meget tryk, der kunne genereres. Holdet gentog eksperimentet over fem forsøg for at overvinde indledende tekniske vanskeligheder. Næsten 10 sekunders vægtløshed blev opnået ved at slynge en kapsel indeholdende eksperimentet opad og nedad i et vakuum.

Det andet eksperiment undersøgte, hvordan varmeoverførsel i loop-varmerør (kølesystemer, der anvendes i vid udstrækning i satellitter) kunne gøres mere effektiv, med øget levetid og autonomi, ved hjælp af grafen. De metalliske væger i røret, bruges til at overføre varme til en væske for at afkøle systemet, fik deres sædvanlige porøse metalbelægninger erstattet med to typer grafen-relaterede materialer. Disse blev derefter testet for øget termisk ledningsevne under to parabolske mikrogravitations- og hypergravitations-ESA-flyvninger. Under hver 3-timers flyvning, det specielt modificerede fly foretog 30 parabolske stigninger, opnå omkring 25 sekunders vægtløshed i hver parabel.

Resultaterne af begge eksperimenter demonstrerer alsidigheden af ​​grafen, og de involverede forskere undersøger nu yderligere strålingstrykkets indflydelse på grafen lette sejl samt udvikler kommercielt tilgængelige grafenbaserede varmerør.

Fremtiden ligger hos innovative mennesker, samt produkter

Fremstillet af et kulstoflag kun et atom tykt, som et todimensionalt sekskantet gitter er grafen både let og stærk (siges at være omkring 200 gange stærkere end stål). Derudover den har fremragende elektrisk, mekanisk, termiske og optiske egenskaber, samt at være næsten gennemsigtig. Disse egenskaber gør det til et ekstremt interessant materiale for videnskabsmænd og ingeniører, der forfølger udviklingen af ​​en bred vifte af hurtigere, tyndere, stærkere og mere fleksible produkter.

At udforske grafens potentiale til at revolutionere flere industrier, skabe økonomisk vækst og ny beskæftigelse, det 10-årige grafenflagskib er designet til at repræsentere hele værdikæden fra materialer, til komponenter og systemer. Et konsortium af akademiske og industrieksperter fra omkring 150 partnere, i 23 lande, koordinere og drive sine forskellige forskningsstrenge. Europa-Kommissionen bidrager direkte gennem finansiering, sammen med forskningsresultater fra EU-finansierede projekter som GRAPHENECORE 1.

Over tid, projektresultater vil fremme indsatsen mod specifikke applikationer til udvikling. Derudover forskningsinitiativets mission er at tilbyde uddannelse og banebrydende forskningsmuligheder for studerende og unge forskere.