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- 發(fā)布時間2017-12-22 18:17
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石墨烯旗艦項目與歐洲航天局之間進行了成功的合作，對石墨烯進行了兩種不同的空間應(yīng)用測試，并且得到了非常喜人的結(jié)果。基于這些結(jié)果，旗艦項目將繼續(xù)深入研究，以開發(fā)能夠用于太空的石墨烯器件。
圖為石墨烯旗艦項目中，研究人員進行微重力實驗所使用的飛機。Novespace公司負責(zé)管理操作，通過在飛機內(nèi)創(chuàng)造零重力條件以進行特殊的試驗。
石墨烯旗艦項目的科學(xué)技術(shù)官員、英國劍橋大學(xué)教授Andrea Ferrari表示：“正如我們所知，石墨烯在很多方面應(yīng)用廣泛，其中就包括太空應(yīng)用（早期就被人們意識到）。此次在模擬太空環(huán)境的條件下對石墨烯進行應(yīng)用測試在全世界范圍內(nèi)還是第一次?！?/span>
石墨烯優(yōu)異的熱特性有望提高環(huán)路熱管（航空航天和衛(wèi)星應(yīng)用中使用的熱控制系統(tǒng)）的工作性能。同時，石墨烯重量輕，能夠與光發(fā)生強烈的相互作用，因此其也可用于太空推進。石墨烯旗艦項目在2017年11月和12月的試驗中對這兩個方面的應(yīng)用進行了測試。
環(huán)路熱管的主要元件是金屬芯，其將熱量從熱物體轉(zhuǎn)移到流動液體中以冷卻系統(tǒng)。研究者對兩種不同類型的石墨烯進行了測試。測試工作由比利時布魯塞爾自由大學(xué)微重力研究中心（Microgravity Research Center）、英國劍橋大學(xué)劍橋石墨烯中心；意大利國家研究理事會（CNR）的有機合成與光反應(yīng)研究所、微電子與微系統(tǒng)研究所；同時還有意大利的行業(yè)合作伙伴萊昂納多?斯帕（Leonardo Spa）（其是航空航天領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者，主要經(jīng)營航天系統(tǒng)和高科技儀器制造業(yè)務(wù)以及發(fā)射和在軌服務(wù)、衛(wèi)星服務(wù)的管理）共同合作完成。
萊昂納多空間業(yè)務(wù)的首席技術(shù)官Marco Molina博士說：“我們的目標(biāo)是延長衛(wèi)星和太空探測器的使用壽命，并提高其自主性。通過添加石墨烯，我們可以獲得更加可靠的環(huán)路熱管——能夠在太空中自主運行。”
在實驗室的測試中取得良好的結(jié)果后，研究人員又在11月和12月對環(huán)路熱管的金屬芯進行了兩次ESA拋物線飛行試驗。Ferrari 教授補充道：“我們已經(jīng)完成了實驗室里的測試，結(jié)果喜人?？紤]到這些器件將用在衛(wèi)星中，因此，我們需要模擬衛(wèi)星的發(fā)射條件，從而了解芯片在低重力條件以及超重力條件下的性能?！?/span>
在拋物線飛行條件下進行微重力實驗的布魯塞爾自由大學(xué)的學(xué)生Vanja Miskovic感嘆道：“這真是太神奇了。這種感覺令人難以置信。在這種條件下進行實驗不僅非常有趣，而且還能享受自由浮動的樂趣。整個實驗過程都棒極了。”
拋物線飛行試驗的結(jié)果證實了金屬芯性能的提高，因此石墨烯旗艦項目將繼續(xù)研發(fā)基于石墨烯的環(huán)路熱管，以期實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。石墨烯旗艦項目副總監(jiān)Vincenzo Palermo（CNR）說道：“我認為這是表現(xiàn)旗艦項目工作方式的一個很好的例子：將三個學(xué)術(shù)合作伙伴和一個擁有明確發(fā)展目標(biāo)的大行業(yè)凝聚在一起。目前，我們已經(jīng)完成了對該設(shè)備原理及核心部件的測試工作。下一步將優(yōu)化整個設(shè)備，并制備出能夠在衛(wèi)星上工作的完整的環(huán)路熱管?！?/span>
由來自荷蘭代爾夫特工業(yè)大學(xué)（TU Delft）的一個博士生團隊進行石墨烯在太空推進方面的測試工作。他們參加了歐洲空間局（ESA）組織的“放棄你的論文！”活動，從而獲得了在德國不來梅的ZARM Drop Tower進行微重力實驗的機會。為了創(chuàng)造極端微重力條件——僅為地球重力的百萬分之一，一個裝有實驗裝置的太空艙在146米高的塔上上下彈射，期間會產(chǎn)生9.3秒的失重。荷蘭代爾夫特空間研究院也為GrapheneX團隊提供了支持。
這個名為GrapheneX的團隊設(shè)計進行了一個實驗，用來測試石墨烯在太陽能帆板中的使用情況，試驗中用到的能夠自由活動的石墨烯膜由旗艦項目的合作伙伴Graphenea提供。這一想法主要是為了測試石墨烯膜在激光輻射壓力下的性能。從2017年11月13日至17日，實驗總共進行了五次。
GrapheneX團隊的成員Rocco Gaudenzi說：“我們的試驗就像是一個復(fù)雜的‘鐘表裝置’，每一步都必須按順序、在正確的時間進行（實現(xiàn)無縫銜接）。一般地，需要完全重新建立這樣一個‘鐘表裝置’的情況很少發(fā)生，而且試驗不是在普通條件下進行——而是在發(fā)射期間?！?/span>
該團隊努力的工作以保證試驗取得成功。GrapheneX團隊成員Davide Stefani表示：“盡管最初我們遇到了技術(shù)方面的困難，但我們在最短的時間內(nèi)弄清楚了出現(xiàn)的問題并將其解決，使整個試驗回到了正軌。我們對實驗的結(jié)果非常滿意，因為我們觀察到了由激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的石墨烯帆板的運動。最重要的是我們獲得了非常棒的經(jīng)驗！”
GrapheneX團隊負責(zé)人Santiago J. Cartamil-Bueno表示，經(jīng)驗和結(jié)果對團隊而言都具有很大的價值。他說：“最重要的一點是，這讓人們懂得了：事情總會發(fā)生，你需要做好適應(yīng)或改變它的準備。我認為在一天結(jié)束的時候，一切都成為了經(jīng)驗；你只需要不斷創(chuàng)造新的挑戰(zhàn)，并從中吸取教訓(xùn)，同時準備好獲得更多的經(jīng)驗，然后進入下一個階段。”
盡管GrapheneX團隊的試驗已經(jīng)完成，但是該團隊正在考慮進一步的測試項目，以繼續(xù)探索輻射壓力對石墨烯帆板的影響。這將作為他們的一個新的、具有野心的研究項目的一部分。
這兩個項目的結(jié)果證明了石墨烯的多功能性，是拓展石墨烯研究領(lǐng)域的第一步。
資料來源：sciencedaily、材料科技在線
