In una serie di entusiasmanti esperimenti, I ricercatori di Cambridge hanno sperimentato l'assenza di gravità testando l'applicazione del grafene nello spazio.

Lavorando nell'ambito di una collaborazione tra la Graphene Flagship e l'Agenzia Spaziale Europea, i ricercatori del Cambridge Graphene Center hanno testato per la prima volta il grafene in condizioni di microgravità.

Testare il potenziale del grafene nei sistemi di raffreddamento per i satelliti, i ricercatori hanno sperimentato l'assenza di gravità all'interno di un volo parabolico, noto anche come "cometa del vomito".

"Il grafene, come sappiamo, ha molte opportunità. Una di queste, riconosciuto in anticipo, è applicazioni spaziali, e questa è la prima volta che il grafene è stato testato in applicazioni simili allo spazio, In tutto il mondo, " ha detto il professor Andrea Ferrari, Direttore del Cambridge Graphene Centre.

Il Professor Ferrari è anche Science and Technology Officer e Chair del Management Panel per il Graphene Flagship.

Il grafene - l'allotropo spesso del carbonio a singolo atomo - ha una combinazione unica di proprietà che lo rendono interessante per applicazioni dall'elettronica flessibile e dalla comunicazione veloce dei dati, al miglioramento dei materiali strutturali e dei trattamenti delle acque. È altamente elettricamente e termicamente conduttivo, oltre che forte e flessibile.

In questo esperimento, condotta a novembre e dicembre dello scorso anno, i ricercatori miravano a migliorare le prestazioni dei sistemi di raffreddamento in uso nei satelliti, sfruttando le eccellenti proprietà termiche del grafene.

"Stiamo usando il grafene in quelli che vengono chiamati tubi di calore ad anello. Queste sono pompe che muovono il fluido senza la necessità di parti meccaniche, quindi non c'è usura, che è molto importante per le applicazioni spaziali, " ha detto il professor Ferrari.

"Miriamo a una maggiore durata e a una migliore autonomia dei satelliti e delle sonde spaziali. Aggiungendo il grafene, avremo un tubo di calore ad anello più affidabile, in grado di operare autonomamente nello spazio, " ha aggiunto il Dr. Marco Molina. Il Dr. Molina è Chief Technical Officer della linea di business Spazio di Leonardo, un partner industriale dell'esperimento.

In un tubo di calore ad anello, l'evaporazione e la condensazione di un fluido vengono utilizzate per trasportare il calore dai sistemi elettronici caldi nello spazio. La pressione del ciclo di evaporazione-condensazione spinge il fluido attraverso i sistemi chiusi, fornendo un raffreddamento continuo.

L'elemento principale del tubo di calore ad anello è lo stoppino metallico, dove il fluido viene evaporato in gas. In questi esperimenti, lo stoppino metallico è stato rivestito in grafene fornendo due vantaggi che migliorano l'efficienza del tubo di calore. in primo luogo, le eccellenti proprietà termiche del grafene migliorano il trasferimento di calore dai sistemi caldi allo stoppino. In secondo luogo, la struttura porosa del rivestimento in grafene aumenta l'interazione dello stoppino con il fluido, e migliora la pressione capillare, il che significa che il liquido può fluire più velocemente attraverso lo stoppino.

Dopo ottimi risultati nei test di laboratorio, gli stoppini rivestiti di grafene sono stati testati in condizioni simili allo spazio a bordo di un volo parabolico Zero-G. Per creare assenza di gravità, l'aereo subisce una serie di manovre paraboliche, creando fino a 23 secondi di assenza di gravità in ogni manovra.

"È stata davvero un'esperienza meravigliosa sentirsi senza peso, ma anche i momenti di ipergravità nell'aereo. Ero molto emozionato ma allo stesso tempo un po' nervoso. Non riuscivo a dormire la notte prima, " ha detto il dottor Yarjan Samad, un ricercatore associato presso il Cambridge Graphene Centre.

In volo, gli stoppini ricoperti di grafene dimostrano ancora una volta prestazioni eccellenti, con un trasferimento di calore e fluido più efficiente rispetto agli stoppini non trattati. Sulla base di questi promettenti risultati, i ricercatori stanno continuando a sviluppare e ottimizzare i rivestimenti per applicazioni in condizioni spaziali reali.

"Il prossimo passo sarà iniziare a lavorare su un prototipo che potrebbe andare su un satellite o sulla stazione spaziale, " ha detto il professor Ferrari.