Lo spazio può essere un luogo pericoloso. Micrometeoriti, particelle solari, e spazzatura spaziale - di tutto, dagli stadi di razzi esauriti ai frammenti di vernice - sfreccia davanti ai satelliti fino a 12,4 miglia (20 chilometri) al secondo, mettendo a rischio la loro sensibile ottica spaziale, rilevatori, e pannelli solari.

Sebbene gli ingegneri abbiano sviluppato diverse tecniche per salvaguardare i veicoli spaziali da questi dervisci rotanti in rapido movimento, niente fornisce una protezione al 100%.

Un tecnico del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Md., però, sta sperimentando una tecnologia emergente che potrebbe fornirne un'altra, forse più efficace, tecnica per difendere componenti sensibili di veicoli spaziali dai bombardamenti ad alta velocità.

Vivek Dwivedi e il suo collaboratore, professore di ingegneria chimica Raymond Adomaitis dell'Università del Maryland, Parco dell'università, utilizzano la deposizione di strati atomici (ALD), una tecnologia in rapida evoluzione per il rivestimento di materie plastiche, semiconduttori, bicchiere, Teflon, e una pletora di altri materiali - per creare un nuovo super-forte, rivestimento ultrasottile costituito da minuscoli tubi di nitruro di boro, simile nell'aspetto alle setole di uno spazzolino da denti.

''Il nitruro di boro cristallino è uno dei materiali più duri al mondo, ''Dwivedi ha detto, rendendolo ideale come rivestimento per rendere i componenti sensibili dei veicoli spaziali meno suscettibili ai danni quando colpiti dalla polvere spaziale, piccole rocce, e particelle solari ad alta energia.

Deposizione dello strato atomico

La tecnica ALD, che l'industria dei semiconduttori ha adottato nella produzione di chip per computer, comporta il posizionamento di un materiale di substrato all'interno di una camera del reattore e l'impulso sequenziale di diversi tipi di gas precursori per creare un film ultrasottile i cui strati non sono letteralmente più spessi di un singolo atomo.

L'ALD differisce dalle altre tecniche per l'applicazione di film sottili perché il processo è suddiviso in due semireazioni, viene eseguito in sequenza, e si ripete per ogni strato. Di conseguenza, i tecnici possono controllare accuratamente lo spessore e la composizione dei film depositati, anche in profondità nei pori e nelle cavità. Ciò conferisce ad ALD una capacità unica di rivestire dentro e intorno a oggetti 3D. Questo vantaggio, unito al fatto che i tecnologi possono creare pellicole a temperature molto più basse rispetto alle altre tecniche, ha portato molti nell'ottica, elettronica, energia, tessile, e campi dei dispositivi biomedici per sostituire le vecchie tecniche di deposizione con l'ALD.

Secondo Dwivedi, se i tecnici usano ALD per rivestire il vetro con ossido di alluminio, Per esempio, possono rafforzare il vetro di oltre l'80%. I film sottili risultanti agiscono come "nano mastice, '' riempire i difetti su scala nanometrica trovati nel vetro, le stesse minuscole crepe che causano la rottura del vetro quando viene colpito da un oggetto. ''Questa applicazione ALD ha profonde possibilità per i moduli dell'equipaggio di prossima generazione, '' ha detto Dwivedi. ''Potremmo diminuire lo spessore delle vetrate senza sacrificare la robustezza.''

''È davvero emozionante, '' ha detto Ted Swanson, Assistente capo di Goddard per la tecnologia per i sistemi meccanici. ''Si tratta di una tecnologia emergente che offre un modo completamente nuovo per proteggere i componenti dei veicoli spaziali, forse più efficace di quanto sia possibile con le tecniche attuali. Altrettanto importante, con ALD, possiamo depositare materiale meno costoso.''

''I materiali più duri del 'mondo'

Questo non vuol dire che il compito sia facile, ha detto Dwivedi.

La produzione di un rivestimento a base di ALD a base di boro e altri gas precursori è eccezionalmente difficile da realizzare. Attualmente, i tecnologi producono film di boro facendo reagire la polvere di boro con azoto e una piccola quantità di ammoniaca in una camera che deve essere riscaldata fino a raggiungere una temperatura rovente 2, 552 gradi Fahrenheit:un processo costoso. Con ALD, film ultrasottile di nitruro di boro potrebbe essere posato in una camera non più calda di 752 gradi Fahrenheit.

''Il nostro team ha studiato le difficoltà e pensiamo di capire perché stanno accadendo, '' ha detto Dwivedi. Di conseguenza, crede che il team riuscirà a depositare nitruro di boro su un substrato di silicio entro il prossimo anno. Se i successivi test a Goddard e al Langley Research Center della NASA a Hampton, Va., dimostrare l'efficacia del materiale come rivestimento protettivo, crede che i progettisti di strumenti un giorno potrebbero usare la tecnologia per rivestire gli specchi, autobus spaziali, e altri componenti. Tale test potrebbe avvenire già dalla prossima estate.

Oltre a creare un rivestimento protettivo, Dwivedi e il suo team stanno utilizzando i finanziamenti del programma di ricerca e sviluppo interno di Goddard e del Center Innovation Fund della NASA per testare la tecnica come un possibile modo per rivestire gli specchi dei telescopi a raggi X, che deve essere curvato per raccogliere fotoni di raggi X ad alta energia che altrimenti trafiggerebbero specchi piatti, e radiatori necessari per dirigere il calore lontano da strumenti sensibili.

''Questa tecnologia può rivestire qualsiasi cosa. È perfetto punto a punto. Ci sono così tante applicazioni per questa tecnologia, '' ha detto Dwivedi. ''L'unica cosa che ne limita l'uso è la tua immaginazione.''