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La versatilità del grafene si estende alle applicazioni spaziali

In una serie ingegnosa di esperimenti, alcuni gruppi di ricerca europei hanno testato per la prima volta il grafene in condizioni di microgravità. Gli eccitanti risultati forniscono una base preziosa per lo sviluppo di dispositivi in grafene da usare nello spazio.

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Il grafene possiede proprietà meccaniche, elettriche e termiche uniche, che stimolano i ricercatori a esaminare l’utilità di questo reticolo bidimensionale di carbonio puro. Ricercatori e studenti nell’ambito dell’iniziativa di ricerca Graphene Flagship, in collaborazione con l’ESA, hanno scoperto ulteriori potenzialità per il materiale che lo rende adatto all’uso in applicazioni spaziali, tra cui la propulsione grazie alla luce e la gestione termica. I risultati prodotti da questa sinergia ben orchestrata rappresentano il primo passo verso l’ampliamento delle frontiere della ricerca sul grafene. Veleggiare nello spazio con il grafene Breakthrough Starshot è un progetto di ricerca e ingegneria che fa parte delle Breakthrough Initiatives e che mira a sviluppare una prova del concetto della flotta di veicoli spaziali con vele solari che raggiungerà il sistema stellare Alfa Centauri entro 20 anni dal suo lancio. Un gruppo di dottorandi della Graphene Flagship proveniente dall’Università tecnica di Delft nei Paesi Bassi che partecipa al programma Drop Your Thesis! di ESA Education ha compiuto il primo passo verso questo ambizioso obiettivo. Il programma ha offerto loro la possibilità di effettuare un esperimento in condizioni di microgravità alla Drop Tower del Centro di Tecnologia spaziale applicata e microgravità (ZARM) a Brema, allo scopo di testare il potenziale del grafene come materiale per una vela solare nella propulsione spaziale. Per creare le condizioni di microgravità, una capsula contenente telecamere, laser e grafene è stata lasciata cadere da una torre alta 150 metri, portando a 4,5 secondi di assenza di peso. La pressione di radiazione proveniente dalla brillante luce laser ad alta potenza sulla membrana di grafene ha fatto muovere la vela. Il gruppo ha misurato questo spostamento con un microscopio per determinare la spinta sulle vele di grafene. «Per una propulsione efficace, la vela solare deve avere una superficie ampia ed essere quanto più possibile leggera. Il grafene soddisfa questi requisiti, visto che è molto leggero e robusto, e lo si può espandere su una grande superficie», evidenzia il prof. Andrea Ferrari dell’Università di Cambridge (Regno Unito), responsabile per scienza e tecnologia dell’iniziativa Graphene Flagship. Il grafene diffonde il calore Ricercatori provenienti dagli istituti partner di Graphene Flagship, ovvero la Libera Università di Bruxelles (ULB) (Belgio), l’Università di Cambridge (Regno Unito), l’unità di Bologna del Consiglio nazionale delle ricerche (CNR) (Italia) e Leonardo (Italia), hanno ideato un esperimento per testare il modo in cui i rivestimenti basati sul grafene possono migliorare l'efficienza dei sistemi di raffreddamento dei satelliti sfruttando le eccezionali proprietà termiche del materiale. Spiega il prof. Ferrari: «Il grafene è utilizzato in quelli che vengono chiamati tubi di calore, che sono delle pompe in grado di muovere un fluido senza bisogno di nessuna parte meccanica. Ciò è molto importante per le operazioni spaziali, dal momento che non c’è usura e nemmeno bisogno di manutenzione. Per esempio, i tubi di calore possono trasferire il calore da sistemi elettrici surriscaldati nei satelliti verso l’esterno, nello spazio». Il materiale è stato portato a bordo di un volo parabolico nell’aeromobile Novespace Zero-G, dove si creano condizioni di microgravità per periodi di circa 24 secondi alla volta. Il gruppo ha effettuato sei voli, compiendo in ognuno 31 archi parabolici, per un totale di oltre un’ora in condizioni di microgravità. «Il grafene a bordo ha resistito all’ambiente con buone prestazioni. Gli esperimenti hanno dimostrato che il grafene migliorava la pressione capillare del fluido nello stoppino metallico del 40 % e il tasso di evaporazione dell’800 %», sottolinea il prof. Ferrari. Entrambi gli esperimenti sono stati una dimostrazione eccezionale del multiforme potenziale del grafene, che ha ora ampliato i suoi confini mostrando la sua utilità nello spazio. Sulla base dei confortanti risultati, l’iniziativa Flagship sta continuando a sviluppare e ottimizzare i dispositivi in grafene per applicazioni in condizioni spaziali reali.

Paesi

Svezia