石墨烯研究又跨出重要一步——进入太空不再遥远

2017-12-22 14:01:02 作者：本网整理来源：材料科技在线分享至：

对石墨烯进行了两种不同的空间应用测试，并且得到了非常喜人的结果。

图为石墨烯旗舰项目中，研究人员进行微重力实验所使用的飞机。Novespace公司负责管理操作，通过在飞机内创造零重力条件以进行特殊的试验。供稿：石墨烯旗舰项目

石墨烯旗舰项目与欧洲航天局之间进行了成功的合作，对石墨烯进行了两种不同的空间应用测试，并且得到了非常喜人的结果。基于这些结果，旗舰项目将继续深入研究，以开发能够用于太空的石墨烯器件。

石墨烯旗舰项目的科学技术官员、英国剑桥大学教授Andrea Ferrari表示：“正如我们所知，石墨烯在很多方面应用广泛，其中就包括太空应用（早期就被人们意识到）。此次在模拟太空环境的条件下对石墨烯进行应用测试在全世界范围内还是第一次。”

石墨烯优异的热特性有望提高环路热管（航空航天和卫星应用中使用的热控制系统）的工作性能。同时，石墨烯重量轻，能够与光发生强烈的相互作用，因此其也可用于太空推进。石墨烯旗舰项目在2017年11月和12月的试验中对这两个方面的应用进行了测试。

环路热管的主要元件是金属芯，其将热量从热物体转移到流动液体中以冷却系统。研究者对两种不同类型的石墨烯进行了测试。测试工作由比利时布鲁塞尔自由大学微重力研究中心（Microgravity Research Center）、英国剑桥大学剑桥石墨烯中心；意大利国家研究理事会（CNR）的有机合成与光反应研究所、微电子与微系统研究所；同时还有意大利的行业合作伙伴莱昂纳多. 斯帕（Leonardo Spa）（其是航空航天领域的全球领导者，主要经营航天系统和高科技仪器制造业务以及发射和在轨服务、卫星服务的管理）共同合作完成。

莱昂纳多空间业务的首席技术官Marco Molina博士说：“我们的目标是延长卫星和太空探测器的使用寿命，并提高其自主性。通过添加石墨烯，我们可以获得更加可靠的环路热管——能够在太空中自主运行。”

在实验室的测试中取得良好的结果后，研究人员又在11月和12月对环路热管的金属芯进行了两次ESA抛物线飞行试验。Ferrari 教授补充道：“我们已经完成了实验室里的测试，结果喜人。考虑到这些器件将用在卫星中，因此，我们需要模拟卫星的发射条件，从而了解芯片在低重力条件以及超重力条件下的性能。”

在抛物线飞行条件下进行微重力实验的布鲁塞尔自由大学的学生Vanja Miskovic感叹道：“这真是太神奇了。这种感觉令人难以置信。在这种条件下进行实验不仅非常有趣，而且还能享受自由浮动的乐趣。整个实验过程都棒极了。”

抛物线飞行试验的结果证实了金属芯性能的提高，因此石墨烯旗舰项目将继续研发基于石墨烯的环路热管，以期实现商业化生产。石墨烯旗舰项目副总监Vincenzo Palermo（CNR）说道：“我认为这是表现旗舰项目工作方式的一个很好的例子：将三个学术合作伙伴和一个拥有明确发展目标的大行业凝聚在一起。目前，我们已经完成了对该设备原理及核心部件的测试工作。下一步将优化整个设备，并制备出能够在卫星上工作的完整的环路热管。”

由来自荷兰代尔夫特工业大学（TU Delft）的一个博士生团队进行石墨烯在太空推进方面的测试工作。他们参加了欧洲空间局（ESA）组织的“放弃你的论文！”活动，从而获得了在德国不来梅的ZARM Drop Tower进行微重力实验的机会。为了创造极端微重力条件——仅为地球重力的百万分之一，一个装有实验装置的太空舱在146米高的塔上上下弹射，期间会产生9.3秒的失重。荷兰代尔夫特空间研究院也为GrapheneX团队提供了支持。

这个名为GrapheneX的团队设计进行了一个实验，用来测试石墨烯在太阳能帆板中的使用情况，试验中用到的能够自由活动的石墨烯膜由旗舰项目的合作伙伴Graphenea提供。这一想法主要是为了测试石墨烯膜在激光辐射压力下的性能。从2017年11月13日至17日，实验总共进行了五次。

GrapheneX团队的成员Rocco Gaudenzi说：“我们的试验就像是一个复杂的‘钟表装置’，每一步都必须按顺序、在正确的时间进行（实现无缝衔接）。一般地，需要完全重新建立这样一个‘钟表装置’的情况很少发生，而且试验不是在普通条件下进行——而是在发射期间。”

该团队努力的工作以保证试验取得成功。GrapheneX团队成员Davide Stefani表示：“尽管最初我们遇到了技术方面的困难，但我们在最短的时间内弄清楚了出现的问题并将其解决，使整个试验回到了正轨。我们对实验的结果非常满意，因为我们观察到了由激光诱导产生的石墨烯帆板的运动。最重要的是我们获得了非常棒的经验！”

GrapheneX团队负责人Santiago J. Cartamil-Bueno表示，经验和结果对团队而言都具有很大的价值。他说：“最重要的一点是，这让人们懂得了：事情总会发生，你需要做好适应或改变它的准备。我认为在一天结束的时候，一切都成为了经验；你只需要不断创造新的挑战，并从中吸取教训，同时准备好获得更多的经验，然后进入下一个阶段。”

尽管GrapheneX团队的试验已经完成，但是该团队正在考虑进一步的测试项目，以继续探索辐射压力对石墨烯帆板的影响。这将作为他们的一个新的、具有野心的研究项目的一部分。

这两个项目的结果证明了石墨烯的多功能性，是拓展石墨烯研究领域的第一步。

（PS：石墨烯旗舰项目（Graphene Flagship）由位于瑞典哥德堡的查尔穆斯理工大学（Chalmers University of Technology）Jari Kinaret教授担任总负责人，负责总体协调，带领各研发团队组成研发联盟，开战Graphene Week等科研活动。其是现今欧盟最大的研发资助项目之一，于2013年1月正式启动，周期10年。作为首批欧盟未来新兴技术（FET）十年期旗舰项目，预算资金达10亿欧元，旨在加强欧盟未来新兴技术领域（以石墨烯为代表的新材料）的研发创新，鼓励跨学科、大规模产学研合作，提升欧盟整体科研竞争力。10年10亿欧元的预算，也凸显出欧盟着眼于抢占石墨烯技术发展制高点的决心。）

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责任编辑：王元

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