Стэнфорд и Калифорнийский университет в Беркли сотрудничают в исследовании по производству превосходного графенового аэрогеля в космосе

Астронавт НАСА Вуди Хобург работает над экспериментом в Стэнфордском университете, целью которого является синтез графенового аэрогеля в космосе.

Кредит СМИ: Изображение предоставлено НАСА.

24 августа 2023 г.

ЛЕТНЫЙ КОМПЛЕКС УОЛЛОПС (Вирджиния), 24 августа 2023 г. – Графеновый аэрогель – замечательный легкий материал, обладающий одновременно теплоизоляцией и электропроводностью. Это делает его привлекательным для использования в самых разных областях — от улучшенного хранения энергии в батареях до более эффективных методов очистки разливов нефти и космических скафандров следующего поколения. Команда исследователей из Стэнфордского университета и Калифорнийского университета в Беркли использует Национальную лабораторию Международной космической станции (МКС) для производства графенового аэрогеля более высокого качества, чем это возможно на Земле.

На этой неделе астронавты Экипаж-6 на борту космической станции завершили работу над расследованием команды, которое финансировалось Национальным научным фондом США (NSF). Результаты могут дать новое понимание основополагающей физики синтеза графенового аэрогеля и привести к разработке новых материалов.

«Благодаря микрогравитационной среде космической станции мы можем открыть совершенно новую область материаловедения, к которой у нас никогда не было доступа», — сказала Джессика Фрик, инженер-исследователь из Стэнфорда.

Фрик является сотрудником Стэнфордской лаборатории микросистем для экстремальных условий (XLab). Задуманная Дебби Сенески, доцентом кафедры аэронавтики и астронавтики в Стэнфорде, XLab фокусируется на создании крошечной, но прочной электроники, способной работать в экстремальных условиях, например в космосе. В своем исследовании на космической станции Фрик и Сенески сотрудничают с исследовательской группой из Калифорнийского университета в Беркли, возглавляемой Роей Мабудиан, профессором химической и биомолекулярной инженерии. Команда стремится лучше понять природу графенового аэрогеля и то, как микрогравитация влияет на его свойства.

Исследование, которое позволит выполнить первый этап синтеза графенового аэрогеля в условиях микрогравитации, было начато в ходе 19-й миссии службы коммерческого снабжения компании Northrop Grumman (NG-19). Результаты могут иметь значение для будущего космического производства, а также для полетов в дальний космос.

Целью этого исследования является получение образцов графенового аэрогеля, подобных образцу, показанному здесь.

Источники СМИ: Изображение предоставлено Джессикой Фрик, Стэнфордский университет.

Производство графенового аэрогеля представляет собой двухэтапный процесс. Первый шаг очень похож на приготовление желе. Исследовательская группа объединила хлопья оксида графена в водном растворе, как если бы вы смешивали желатиновый порошок и горячую воду для желе. Затем образцы раствора оксида графена были отправлены на космическую станцию. Ранее на этой неделе члены экипажа загрузили образцы в печь, где раствор будет нагреваться до образования графенового гидрогеля. Этот процесс занимает несколько часов, и как только гидрогель сформируется, астронавты подготовят образцы для возвращения на Землю.

Когда образцы вернутся в лабораторию, команда перейдет ко второму этапу процесса, который включает в себя удаление жидкости и оставление только воздуха в виде графенового аэрогеля. Затем команда изучит свойства аэрогеля и сравнит то, что они обнаружат, с графеновым аэрогелем, полученным на Земле.

«Первый шаг процесса является самым важным», — говорит Фрик. На Земле гравитация может неравномерно притягивать чешуйки графена вниз, что может привести к образованию трещин в гидрогеле. Это может повлиять на качество производимого аэрогеля, делая его менее электропроводным или снижающим скорость поглощения.

«То, что мы ожидаем увидеть от произведенного в космосе графенового гидрогеля, — это снижение эффектов седиментации, которое мы наблюдаем здесь, на Земле», — сказал Сенески. Графеновый аэрогель, полученный из гидрогеля, будет иметь размер всего несколько миллиметров, но если команда сможет доказать, что аэрогель более высокого качества, чем его земные аналоги, производство можно будет расширить для создания более крупных графеновых аэрогелей.

По мнению Сенески, аэрогели обладают многими замечательными качествами, что делает их идеальным материалом для множества применений. Они чрезвычайно пористые, что делает их пригодными для фильтрации. Например, НАСА использовало аэрогель на основе кремнезема в миссии агентства «Звездная пыль» для улавливания мелких частиц пыли с кометы. Аэрогели кремнезема также использовались в качестве изоляции на марсоходах НАСА и в верхней одежде здесь, на Земле.