Um engenheiro da NASA alcançou mais um marco em sua busca para desenvolver uma nanotecnologia super negra emergente que promete tornar os instrumentos de espaçonaves mais sensíveis sem aumentar seu tamanho.

Uma equipe liderada por John Hagopian, um engenheiro ótico no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Md., demonstrou que pode crescer uma camada uniforme de nanotubos de carbono através do uso de outra tecnologia emergente chamada deposição de camada atômica ou ALD. O casamento das duas tecnologias agora significa que a NASA pode desenvolver nanotubos em componentes tridimensionais, como defletores e tubos complexos comumente usados ​​em instrumentos ópticos.

"O significado disso é que temos novas ferramentas que podem tornar os instrumentos da NASA mais sensíveis sem tornar nossos telescópios cada vez maiores, "Hagopian disse." Isso demonstra o poder da tecnologia em nanoescala, que é particularmente aplicável a uma nova classe de minúsculos satélites mais baratos chamados Cubesats que a NASA está desenvolvendo para reduzir o custo das missões espaciais. "

Desde o início de seu esforço de pesquisa e desenvolvimento há cinco anos, Hagopian e sua equipe fizeram avanços significativos ao aplicar a tecnologia de nanotubos de carbono a uma série de aplicações de voos espaciais, Incluindo, entre outras coisas, a supressão de luz dispersa que pode suprimir sinais fracos que os detectores sensíveis deveriam recuperar.

Superabsorvência

Durante a pesquisa, Hagopian ajustou o material super-preto baseado em nano, tornando-o ideal para este aplicativo, absorvendo em média mais de 99 por cento do ultravioleta, visível, luz infravermelha e infravermelha distante que o atinge - um marco nunca antes alcançado que agora promete abrir novas fronteiras na descoberta científica. O material consiste em um revestimento fino de nanotubos de carbono de paredes múltiplas de cerca de 10, 000 vezes mais fino que um fio de cabelo humano.

Outrora uma novidade de laboratório cultivada apenas em silício, a equipe da NASA agora cultiva essas florestas de tubos de carbono verticais em materiais de espaçonaves comumente usados, como titânio, cobre e aço inoxidável. Pequenos espaços entre os tubos coletam e prendem a luz, enquanto o carbono absorve os fótons, impedindo-os de refletir nas superfícies. Porque apenas uma pequena fração da luz reflete no revestimento, o olho humano e os detectores sensíveis veem o material como preto.

Antes de cultivar essa floresta de nanotubos em peças de instrumentos, Contudo, os cientistas de materiais devem primeiro depositar uma base altamente uniforme ou camada catalisadora de óxido de ferro que suporte o crescimento do nanotubo. Para ALD, os técnicos fazem isso colocando um componente ou algum outro material de substrato dentro de uma câmara do reator e pulsando sequencialmente diferentes tipos de gases para criar um filme ultrafino cujas camadas não são literalmente mais espessas do que um único átomo. Uma vez aplicado, os cientistas então estão prontos para realmente fazer crescer os nanotubos de carbono. Eles colocam o componente em outro forno e aquecem a peça até cerca de 1, 832 F (750 C). Enquanto aquece, o componente é banhado em gás de alimentação contendo carbono.

"As amostras que cultivamos até agora são planas, "Hagopian explicou." Mas, dadas as formas complexas de alguns componentes do instrumento, queríamos encontrar uma maneira de fazer crescer nanotubos de carbono em partes tridimensionais, como tubos e defletores. A parte difícil é estabelecer uma camada uniforme de catalisador. É por isso que olhamos para a deposição da camada atômica em vez de outras técnicas, que só pode aplicar cobertura da mesma forma que você pulverizaria algo com tinta de um ângulo fixo. "

ALD para o resgate

ALD, descrito pela primeira vez na década de 1980 e posteriormente adotado pela indústria de semicondutores, é uma das muitas técnicas de aplicação de filmes finos. Contudo, ALD oferece uma vantagem sobre as técnicas concorrentes. Os técnicos podem controlar com precisão a espessura e a composição dos filmes depositados, mesmo profundamente dentro dos poros e cavidades. Isso dá à ALD a capacidade única de revestir e ao redor de objetos 3-D.

O co-investigador da NASA Goddard, Vivek Dwivedi, por meio de uma parceria com a Universidade de Maryland em College Park, agora está avançando com a tecnologia do reator ALD personalizada para aplicações em voos espaciais.

Para determinar a viabilidade do uso de ALD para criar a camada de catalisador, enquanto Dwivedi estava construindo seu novo reator ALD, A Hagopian contratou através do Science Exchange os serviços do Melbourne Centre for Nanofabrication (MCN), Maior centro de pesquisa em nanofabricação da Austrália. O Science Exchange é um mercado de comunidade online onde os provedores de serviços científicos podem oferecer seus serviços. A equipe da NASA entregou uma série de componentes, incluindo um occulter de formato complexo usado em um novo instrumento desenvolvido pela NASA para observar planetas ao redor de outras estrelas.

Por meio dessa colaboração, a equipe australiana ajustou a receita para estabelecer a camada de catalisador - em outras palavras, as instruções precisas que detalham o tipo de gás precursor, a temperatura e pressão do reator necessárias para depositar uma base uniforme. "Os filmes de ferro que depositamos inicialmente não eram tão uniformes quanto outros revestimentos com os quais trabalhamos, portanto, precisávamos de um processo de desenvolvimento metódico para alcançar os resultados de que a NASA precisava para a próxima etapa, "disse Lachlan Hyde, Especialista da MCN em ALD.

A equipe australiana conseguiu, Hagopian disse. "Nós crescemos com sucesso nanotubos de carbono nas amostras que fornecemos ao MCN e eles demonstram propriedades muito semelhantes àquelas que cultivamos usando outras técnicas de aplicação da camada de catalisador. Isso realmente abriu as possibilidades para nós. Nosso objetivo de aplicação final um revestimento de nanotubo de carbono para peças de instrumentos complexos está quase concluído. "