Il Center for Advanced Two-Dimensional Materials (CA2DM) della National University of Singapore (NUS) ha collaborato con la società aerospaziale statunitense Boreal Space per testare le proprietà del grafene dopo che è stato lanciato nella stratosfera. I risultati potrebbero fornire informazioni su come il grafene potrebbe essere utilizzato per le tecnologie spaziali e satellitari.

"L'utilità del grafene sulla Terra è già stata stabilita nell'ultimo decennio. Ora è un momento opportuno per espandere le sue prospettive di utilizzo nelle applicazioni spaziali, un'area pubblicizzata come la più impegnativa per la tecnologia moderna, e spostare il paradigma della scienza dei materiali. Lo spazio è l'ultima frontiera per la ricerca sul grafene, e credo che questa sia la prima volta che il grafene entra nella stratosfera, " ha affermato il capo progetto, il professor Antonio Castro Neto, Direttore del NUS CA2DM.

Superare i limiti per la ricerca sul grafene

Il grafene bidimensionale ha una combinazione unica di essere estremamente flessibile, più duro del diamante, e più forte dell'acciaio. Sebbene i ricercatori riconoscano che potrebbe avere un potenziale per applicazioni spaziali, i suoi usi pratici devono ancora essere stabiliti.

"Per spostare un veicolo spaziale su lunghe distanze nello spazio, sono necessarie enormi accelerazioni e velocità possibili solo con apparecchiature di massa molto ridotta. Il grafene è il materiale ideale in quanto tra i più leggeri, eppure più forte, materiali funzionali che abbiamo. Inoltre, le elevate prestazioni elettroniche del grafene lo rendono un ottimo candidato per gestire la mancanza di ossigeno e le basse temperature nello spazio, " ha spiegato il prof Castro Neto.

Per mettere alla prova la versatilità del grafene, un team guidato dal professor Barbaros Özyilmaz, Responsabile della ricerca sul grafene presso NUS CA2DM, preparato il materiale rivestendo un substrato con un singolo strato di grafene che aveva uno spessore di circa 0,5 nanometri, oltre 200 volte più sottile di una ciocca di capelli umani. Il campione è stato assemblato in modo sicuro all'interno di un Boreal Space 'Wayfinder-Mini' CubeSat, e collocato nel recinto del carico utile del razzo sonda.

La navicella spaziale è stata lanciata la mattina del 30 giugno 2018, sul deserto del Mojave negli Stati Uniti. Il team di lancio di Boreal Space era responsabile del supporto per il lancio del carico utile durante il decollo, separazione del cono nasale, monitoraggio durante il volo, paracadutismo sulla terra, impatto e recupero.

Durante il lancio, il veicolo spaziale è stato inviato in ambiente suborbitale, e il materiale di grafene è stato sottoposto a condizioni difficili come una rapida accelerazione, vibrazione, shock acustico, forte pressione e un'ampia gamma di fluttuazioni di temperatura. Il campione è rientrato nell'atmosfera terrestre dopo un volo di 71 secondi, paracadutismo per un atterraggio nel deserto del Mojave.

Il campione di grafene è stato prelevato dal team lo stesso giorno, e il team NUS CA2DM sta effettuando test per valutare se le sue proprietà strutturali e stabilità sono state influenzate durante il lancio e l'atterraggio. In particolare, il team utilizzerà tecniche di spettroscopia Raman per rilevare la presenza di difetti nel campione.

"Se questa collaborazione di ricerca è in grado di dimostrare che il grafene mantiene le sue varie proprietà e caratteristiche dopo essere stato lanciato nell'ambiente suborbitale, aprirà nuove entusiasmanti opportunità per l'integrazione del grafene in tecnologie adatte alle missioni spaziali e aerospaziali. Tali tecnologie possono includere schermature elettromagnetiche, produzione di energia solare efficiente, e ottima protezione termica, " ha detto il prof Castro Neto.

Signora Barbara Piante, Presidente dello Spazio Boreale, aggiunto, "Siamo molto entusiasti di aumentare il livello di prontezza tecnologica del grafene e di promuoverne l'utilità nello spazio. Sono convinto che il grafene svolgerà un ruolo estremamente importante nella commercializzazione spaziale. Questo e i futuri lanci supportano la dimostrazione degli usi futuri della tecnologia basata sul grafene nello spazio."

Oltre all'esperimento NUS sul grafene, il Boreal Space 'Wayfinder—Mini' CubeSat ha ospitato anche sensori di campo magnetico al nitruro di gallio forniti dall'Extreme Environments Lab (XLab) della Stanford University. Il team di Stanford sta cercando non solo di ottenere importanti dati sperimentali come la sopravvivenza del carico di lancio e l'integrità del segnale elettronico, ma anche approfondimenti sull'interferenza magnetica, riduzione del rumore e degli effetti delle radiazioni sui loro sensori.

A seguito di questa missione combinata, noto come GRASP (Graphene And Stanford Payloads), Boreal Space continua a fornire opportunità suborbitali e in orbita terrestre bassa per testare e convalidare la sopravvivenza e l'operatività del carico utile nell'ambiente spaziale.