p Sensores minúsculos - feitos de um material potencialmente pioneiro com apenas um átomo de espessura e anunciados como a "próxima melhor coisa" desde a invenção do silício - estão agora sendo desenvolvidos para detectar traços de elementos na atmosfera superior da Terra e falhas estruturais em espaçonaves. p Tecnólogo Mahmooda Sultana, que se juntou ao Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Md., há dois anos e desde então emergiu como o especialista de referência de Goddard no desenvolvimento de tecnologia à base de grafeno, expandiu seu portfólio para incluir dois novos esforços de pesquisa e desenvolvimento voltados para a criação de detectores de tamanho nanométrico que podem detectar oxigênio atômico e outros oligoelementos na atmosfera superior e tensões estruturais em tudo, desde asas de aviões a ônibus espaciais.

p "O legal do grafeno são suas propriedades, "disse Jeff Stewart, o chefe assistente interino de tecnologia da Divisão de Sistemas Mecânicos de Goddard. "Oferece uma infinidade de possibilidades. Francamente, estamos apenas começando. "

p Grafeno, descoberto pela primeira vez em 2004 pelos cientistas nascidos na Rússia Andre Geim e Konstantin Novoselov, tem apenas um átomo de espessura e é composto de átomos de carbono dispostos em hexágonos fortemente unidos, melhor visualizados como tela de galinheiro em escala atômica. Duzentas vezes mais forte do que o aço estrutural, não é apenas o material mais forte já medido, mas também o mais sensível e estável em temperaturas extremas, tornando-o ideal para todos os tipos de uso. Desde sua descoberta, centenas de organizações em todo o mundo lançaram esforços de pesquisa para aproveitar as propriedades exclusivas do material.

p Goddard faz parte do contingente crescente.

p Mais de um ano atrás, Sultana e sua equipe ganharam financiamento de pesquisa e desenvolvimento para criar instalações de produção e técnicas de processamento de ajuste fino para a fabricação de grafeno usando uma técnica chamada deposição de vapor químico (CVD), uma técnica também usada na fabricação de chips de computador. Com esta abordagem, os técnicos colocam um substrato de metal dentro de uma câmara de vácuo e injetam gases que reagem ou se decompõem para produzir o filme fino desejado.

p Desde então, o grupo teve sucesso na fabricação e processamento relativamente grande, peças de grafeno de alta qualidade, e agora está pronto para aplicar sua experiência para desenvolver outras aplicações. “Uma das aplicações mais promissoras desse material é como sensor químico, "Sultana disse.

p Sensores Químicos

p Ela se juntou ao cientista aposentado de Goddard Fred Herrero, que está realizando a pesquisa como emérito, para desenvolver um miniaturizado, baixa massa, baixo consumo de energia, detector baseado em grafeno que pode medir a quantidade de oxigênio atômico na alta atmosfera. O oxigênio atômico na alta atmosfera é criado quando a radiação ultravioleta do sol quebra a molécula de oxigênio (O2). O elemento reativo resultante é altamente corrosivo. À medida que os satélites voam pela atmosfera superior, o produto químico os atinge a cerca de cinco milhas por segundo. Os impactos destroem materiais comumente usados ​​em espaçonaves, como Kapton.

p Embora os cientistas acreditem que o oxigênio atômico constitui 96 por cento da fina atmosfera na órbita baixa da Terra, Herrero está interessado em medir sua densidade e determinar com mais precisão seu papel na criação de arrasto atmosférico, o que pode fazer com que a espaçonave em órbita perca altitude prematuramente e mergulhe na Terra. "Ainda não sabemos o impacto dos elementos atômicos na espaçonave na criação de uma força de arrasto, "disse ele." Não sabemos quanto momento é transferido entre o átomo e a espaçonave. Isso é importante porque os engenheiros precisam entender o impacto para estimar a vida útil de uma espaçonave e quanto tempo levará antes que a espaçonave entre novamente na atmosfera da Terra. "

p A pesquisa mostrou que os sensores baseados em grafeno oferecem uma boa solução, Disse Sultana. Quando o grafeno absorve oxigênio atômico, oxida, produzindo uma mudança na resistência elétrica do material que um sensor baseado em grafeno poderia então contar rapidamente para produzir uma medição de densidade mais precisa. "Estou muito animado com as possibilidades deste material, "Herrero disse, adicionar esse grafeno simplificaria muito as etapas necessárias para medir o oxigênio atômico. "Estaríamos contando quantas vezes a resistência muda."

p O oxigênio atômico não é o único elemento que o sensor químico pode medir, Disse Sultana. Ela também acredita que é ideal para medir metano, monóxido de carbono, e outros gases em outros corpos planetários e monitoramento de liberação de gases que às vezes contamina a óptica do instrumento. Ela planeja fabricar e testar a primeira geração de sensores químicos à base de grafeno até o final do ano fiscal, ela disse. "Isso está em um estágio muito inicial, "Sultana acrescentou.

p Detecção de tensão

p Os atributos exclusivos do grafeno também o tornam um candidato viável para detectar tensões em componentes de espaçonaves, ela disse. Com seus colaboradores no Massachusetts Institute of Technology (MIT), a equipe está usando o apoio do Escritório do Tecnólogo Chefe da NASA para avançar um pequeno sensor que pode ser embutido em materiais de espaçonaves, incluindo compostos. Se o material sofreu algum tipo de estresse, os minúsculos sensores o detectariam.

p A equipe usou CVD para fabricar e testar uma grande peça de grafeno, cujas propriedades elétricas são sensíveis à detecção de tensões, Disse Sultana. Seus colaboradores do MIT agora estão fabricando dispositivos de grafeno e sua equipe os está conectando para ler as medições - muito parecido com os eletrodos médicos usados ​​para certos exames médicos. Contudo, Sultana planeja eliminar a fiação para que funcione de forma autônoma, ela disse.

p "Isso poderia ser implantado de uma forma não invasiva, "Stewart disse." Agora, usamos dispositivos relativamente grandes para detectar danos ou fontes potenciais de falha, mas com sensores autônomos baseados em grafeno, nossa esperança é que possamos colocá-los no próprio material. "

p "Podemos empregar uma combinação diferente de suas propriedades extremas e usar o mesmo material para diferentes aplicações de detecção, "Sultana acrescentou." Essa é a beleza do grafeno.