Nuove frontiere spaziali: due esperimenti ampliano le potenzialità del grafene

L’iniziativa decennale Graphene Flagship, finanziata in parte dall’UE, è stata creata per sfruttare le potenzialità tecnologiche del grafene e dei relativi materiali stratificati per applicazioni future. I membri della ricerca dell’iniziativa hanno recentemente condotto due esperimenti per determinare, per la prima volta, se è possibile usare il grafene in applicazioni spaziali. Gli esperimenti, in collaborazione con l’http://www.esa.int/ESA (Agenzia spaziale europea) e altri partner, hanno testato il materiale in condizioni di assenza di gravità specificamente per la propulsione fotonica e anche per applicazioni di gestione del calore, con risultati incoraggianti.

Lo spazio è la nuova frontiera del grafene?

Le proprietà uniche del grafene per quanto riguarda calore, leggerezza, forza e peso lo rendono un candidato ideale per migliorare le prestazioni delle applicazioni aerospaziali e satellitari. In una serie di esperimenti condotti alla fine dell’anno scorso, i ricercatori di Graphene Flagship hanno esaminato specificamente un possibile uso del materiale per il miglioramento della propulsione spaziale e per i sistemi di gestione del calore e i tubi termovettori ad anello.

Per gli esperimenti di vela solare, un team di studenti laureati presso il Politecnico di Delft, Paesi Bassi ha sfruttato le condizioni di microgravità (fino a un milionesimo della forza gravitazionale della Terra) della Torre a caduta libera ZARM, alta 146 metri, in Germania per studiare l’uso del grafene per le vele fotoniche. Il team ha progettato membrane di grafene flottanti che sono state esposte successivamente a una pressione di radiazione tramite laser, per vedere come reagivano e determinare quanta spinta si potesse generare. Il team ha ripetuto l’esperimento in cinque prove per superare le iniziali difficoltà tecniche. Sono stati raggiunti quasi 10 secondi di assenza di peso catapultando una capsula contenente l’esperimento verso l’alto e verso il basso in un vuoto.

Il secondo esperimento ha studiato come il trasferimento del calore in tubi termovettori ad anello (sistemi di raffreddamento usati ampiamente nei satelliti) potrebbe essere reso più efficiente, con una maggiore durata e autonomia, usando il grafene. Il normale rivestimento metallico poroso degli stoppini metallici nel tubo, usati per trasferire il calore in un fluido che raffredda il sistema, è stato sostituito con due tipi di materiali a base di grafene. Questi materiali sono stati poi testati per verificare se avessero una maggiore conduttività termica durante due voli ESA in microgravità parabolica e in ipergravità. Durante ciascun volo, durato 3 ore, l’aereo modificato per l’esperimento ha effettuato 30 ascese paraboliche, raggiungendo circa 25 secondi di assenza di peso in ogni parabola.

I risultati di entrambi gli esperimenti dimostrano la versatilità del graphene e i ricercatori che vi hanno partecipato stanno attualmente studiando più a fondo l’influenza della pressione di radiazione sulle vele fotoniche di grafene e sviluppando tubi termovettori a base di grafene che saranno disponibili sul mercato.

Il futuro appartiene alle persone, e ai prodotti, innovativi

Prodotto a partire da uno strato di carbonio dello spessore di appena un atomo e in quanto reticolo esagonale bi-dimensionale, il grafene è allo stesso tempo leggero e resistente (si dice sia circa 200 volte più resistente dell’acciaio). Inoltre, ha eccellenti proprietà elettriche, meccaniche, termiche e ottiche, oltre a essere quasi trasparente. Queste caratteristiche lo rendono un materiale estremamente interessante per gli scienziati e gli ingegneri che desiderano sviluppare un’ampia gamma di prodotti più veloci, più sottili, più resistenti e più flessibili.

Per studiare il potenziale del grafene di rivoluzionare diverse industrie e di generare crescita economica e nuovi posti di lavoro, il progetto decennale Graphene Flagship ha il compito di descrivere l’intera catena di valore dai materiali, ai componenti e ai sistemi. Un consorzio di esperti del mondo accademico e dell’industria di circa 150 partecipanti di 23 paesi, coordina e gestisce i vari filoni di ricerca. La Commissione europea contribuisce direttamente per mezzo di finanziamenti e con i risultati di ricerca ottenuti da progetti finanziati dall’UE come GRAPHENECORE 1.

Nel tempo, i risultati del progetto porteranno avanti lo sviluppo di applicazioni specifiche. Inoltre, la missione dell’iniziativa di ricerca è fornire formazione e opportunità di ricerca all’avanguardia a studenti e giovani ricercatori.

Per maggiori informazioni, consultare:
Sito web di Graphene Flagship
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