Centrum för avancerade tvådimensionella material (CA2DM) vid National University of Singapore (NUS) har samarbetat med det amerikanska flygföretaget Boreal Space för att testa grafens egenskaper efter att det har sjösatts i stratosfären. Resultaten kan ge insikter om hur grafen kan användas för rymd- och satellitteknik.

"Graphens användbarhet på jorden har redan fastställts under det senaste decenniet. Det är nu en lämplig tid att utöka sina möjligheter för användning i rymdapplikationer - ett område som anses vara det mest utmanande för modern teknik - och flytta materialvetenskapens paradigm. Rymden är den sista gränsen för grafenforskning, och jag tror att detta är första gången som grafen kommer in i stratosfären, "sade projektledaren professor Antonio Castro Neto, Direktör för NUS CA2DM.

Flytta gränserna för grafenforskning

Tvådimensionell grafen har en unik kombination av att vara extremt flexibel, hårdare än diamant, och starkare än stål. Medan forskare inser att det kan ha potential för rymdapplikationer, dess praktiska användningsområden har ännu inte fastställts.

"För att flytta en rymdfarkost över långa sträckor i rymden, enorma accelerationer och hastigheter som bara är möjliga med mycket låg massautrustning behövs. Grafen är det ideala materialet eftersom det är bland de lättaste, ändå starkast, funktionella material vi har. Dessutom, grafens höga elektroniska prestanda gör det till en utmärkt kandidat för att hantera syrebrist och låga temperaturer i rymden, "förklarade prof. Castro Neto.

För att testa grafens mångsidighet, ett team som leds av professor Barbaros Özyilmaz, Chef för Graphene Research på NUS CA2DM, framställde materialet genom att belägga ett substrat med ett enda lager grafen som var cirka 0,5 nanometer tjockt, över 200 gånger tunnare än en hårstrå. Provet monterades säkert i en Boreal Space 'Wayfinder - Mini' CubeSat, och placeras i nyttolasthöljet för den ljudande raketen.

Rymdfarkosten sjösattes på morgonen den 30 juni 2018, över Mojaveöknen i USA. Boreal Space-lanseringsteamet ansvarade för nyttolaststödet vid start, separering av näskott, övervakning under flygning, fallskärmshopp tillbaka till jorden, påverkan och återhämtning.

Under lanseringen, rymdfarkosten skickades in i en suborbital miljö, och grafenmaterialet utsattes för hårda förhållanden som snabb acceleration, vibration, akustisk chock, starkt tryck och ett brett intervall i temperaturfluktuationer. Provet kom in i jordens atmosfär igen efter en flygning på 71 sekunder, fallskärmshoppning till en landning i Mojaveöknen.

Grafenprovet hämtades av teamet samma dag, och NUS CA2DM -teamet utför tester för att bedöma om dess strukturella egenskaper och stabilitet påverkades under sjösättningen och landningen. Särskilt, laget kommer att använda Raman -spektroskopitekniker för att upptäcka förekomsten av defekter i provet.

"Om detta forskningssamarbete kan visa att grafen behåller sina olika egenskaper och funktioner efter att ha lanserats i en suborbital miljö, det kommer att öppna spännande nya möjligheter för grafen att införlivas med teknik som är lämplig för yttre rymden och rymduppdrag. Sådan teknik kan innefatta elektromagnetisk skärmning, effektiv solenergiproduktion, och utmärkt termiskt skydd, "sade prof Castro Neto.

Barbara Plante, President för Boreal Space, Lagt till, "Vi är mycket glada över att höja teknikens beredskapsnivå för grafen och främja dess användbarhet i rymden. Jag är övertygad om att grafen kommer att spela en oerhört viktig roll vid rymdkommercialisering. Detta och framtida lanseringar stöder demonstrationen av framtida användningar av grafenbaserad teknik i rymden."

Förutom NUS -grafenexperimentet, Boreal Space 'Wayfinder - Mini' CubeSat var också värd för Gallium Nitride magnetfältssensorer från Stanford University's Extreme Environments Lab (XLab). Stanford -teamet söker inte bara för att få fram viktiga experimentella data såsom överföring av överbelastning av last och elektronisk signalintegritet, men också insikter om magnetisk interferens, brusreducering och strålningseffekter på deras sensorer.

Efter detta kombinerade uppdrag, känd som GRASP (GRaphene And Stanford Payloads), Boreal Space fortsätter att erbjuda suborbitala och låga jordbana möjligheter att testa och validera nyttolastöverlevnad och funktionsförmåga i rymdmiljön.