Stanford e UC Berkeley collaborano alla ricerca per produrre aerogel di grafene di qualità superiore nello spazio

L'astronauta della NASA Woody Hoburg lavora a un esperimento dell'Università di Stanford che mira a sintetizzare l'aerogel di grafene nello spazio.

Credito mediatico: immagine per gentile concessione della NASA

24 agosto 2023

FACILITÀ DI VOLO DI WALLOPS (VA), 24 agosto 2023 – L’aerogel di grafene è un materiale straordinariamente leggero che è sia termicamente isolante che elettricamente conduttivo. Ciò lo rende interessante per l’uso in un’ampia varietà di applicazioni, dal miglioramento dello stoccaggio dell’energia nelle batterie ai migliori metodi di pulizia delle fuoriuscite di petrolio alle tute spaziali di prossima generazione. Un team di ricercatori della Stanford University e dell’Università della California, Berkeley, sta sfruttando il Laboratorio Nazionale della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) per produrre aerogel di grafene di qualità superiore a quella possibile sulla Terra.

Questa settimana, gli astronauti Crew-6 a bordo della stazione spaziale hanno completato il lavoro sulle indagini del team, finanziato dalla National Science Foundation (NSF) degli Stati Uniti. I risultati potrebbero fornire nuove informazioni sulla fisica alla base della sintesi dell'aerogel di grafene e portare allo sviluppo di nuovi prodotti materiali.

"Attraverso l'ambiente di microgravità della stazione spaziale, possiamo sbloccare un'area completamente nuova della scienza dei materiali a cui non abbiamo mai avuto accesso", ha affermato Jessica Frick, ingegnere ricercatrice a Stanford.

Frick fa parte dell'Extreme Environment Microsystems Laboratory di Stanford, o XLab. Concepito da Debbie Senesky, professoressa associata di aeronautica e astronautica a Stanford, l'XLab si concentra sulla creazione di dispositivi elettronici piccoli ma resistenti che possano funzionare in ambienti estremi, come lo spazio. Per la loro indagine sulla stazione spaziale, Frick e Senesky stanno collaborando con un gruppo di ricerca dell'UC Berkeley guidato da Roya Maboudian, professore di ingegneria chimica e biomolecolare. Il team mira a comprendere meglio la natura dell’aerogel di grafene e in che modo la microgravità influisce sulle sue proprietà.

L'indagine, che eseguirà la prima fase della sintesi dell'aerogel di grafene in microgravità, è stata avviata durante la 19a missione Commercial Resupply Services di Northrop Grumman (NG-19). I risultati potrebbero avere implicazioni per la futura produzione nello spazio e per le missioni nello spazio profondo.

Questa indagine mira a produrre campioni di aerogel di grafene simili al campione visto qui.

Crediti mediatici: immagine gentilmente concessa da Jessica Frick, Stanford University

La produzione di aerogel di grafene è un processo in due fasi. Il primo passo è molto simile alla preparazione della gelatina. Il team di ricerca ha combinato i fiocchi di ossido di grafene in una soluzione acquosa, come si farebbe con la polvere di gelatina e l'acqua calda per la gelatina. I campioni della soluzione di ossido di grafene sono stati quindi inviati alla stazione spaziale. All’inizio di questa settimana, i membri dell’equipaggio hanno caricato i campioni in una fornace, dove la soluzione verrà riscaldata per formare idrogel di grafene. Questo processo dura alcune ore e, una volta formato l'idrogel, gli astronauti prepareranno i campioni per il ritorno sulla Terra.

Quando i campioni torneranno in laboratorio, il team eseguirà la seconda fase del processo, che prevede la rimozione del liquido e lasciando dietro di sé solo aria sotto forma di aerogel di grafene. Il team esaminerà quindi le proprietà dell’aerogel e confronterà ciò che troverà con l’aerogel di grafene prodotto sulla terra.

La prima fase del processo è la più cruciale, afferma Frick. Sulla Terra, la gravità può tirare giù i fiocchi di grafene in modo non uniforme, il che può creare crepe nell’idrogel. Ciò potrebbe influire sulla qualità dell’aerogel prodotto, rendendolo meno conduttivo elettricamente o con tassi di assorbimento inferiori.

"Ciò che ci aspettiamo di vedere dall'idrogel di grafene prodotto dallo spazio è una depressione negli effetti della sedimentazione che vediamo qui sulla Terra", ha detto Senesky. L’aerogel di grafene prodotto dall’idrogel avrà una dimensione di solo pochi millimetri, ma se il team riuscisse a dimostrare che l’aerogel è di qualità superiore rispetto alle sue controparti terrestri, la produzione potrebbe essere aumentata per creare aerogel di grafene più grandi.

Secondo Senesky, gli aerogel hanno molte qualità notevoli, che li rendono un materiale ideale per una moltitudine di applicazioni. Sono estremamente porosi, il che li rende adatti alla filtrazione. Ad esempio, la NASA ha utilizzato un aerogel a base di silice nella missione Stardust dell'agenzia per catturare le particelle di polvere fine da una cometa. Gli aerogel di silice sono stati utilizzati anche come isolante sui rover marziani della NASA e negli indumenti esterni qui sulla Terra.