Raketlancering 1 april: grafeen voor het eerst de ruimte in
Vrijdag 1 april is een grote dag voor de studie van 2D-materialen (geen grap): er vindt een SpaceX raketlancering plaats waarbij een Delftse onderzoekssatelliet meegaat, die de eerste grafeen geleiders ooit bevat die de ruimte ingaan. Over twee maanden zullen we weten hoe grafeen zich in de ruimte gedraagt. Wat dat mogelijk maakte: de ontdekking van onderzoekers van de TU Delft hoe grafeen kan worden beschermd tegen invloeden uit de omgeving.
Onderzoekers van de TU Delft en de Universiteit van Chili startten drie jaar geleden het project, waarin ze meten hoe de intrinsieke eigenschappen van het tweedimensionale nanomateriaal grafeen veranderen in de ruimte. Hun ambitie is om 2D-nanomaterialen geschikt te maken voor toepassing in de ruimte, waarbij ze de expertise van natuurkundigen, 2D-nanowetenschappers en ruimtevaartingenieurs combineren. Uit laboratoriumonderzoek blijkt dat grafeen met een koolstoflaag van één atoom dikte de barre omstandigheden aan moet kunnen in de ruimte, maar dit is tot nu toe nog nooit getest.
2D-materiaal voor het eerst de ruimte in
Masterstudent toegepaste natuurkunde Kaj Dockx en begeleider Herre van der Zant van de TU Delft werken voor het project samen met een bedrijf op de campus, Applied Nanolayers (ANL). "Een van de belangrijkste redenen waarom we deze grafeen-apparaten de ruimte in sturen, is omdat we willen zien of ze bestand zijn tegen de zware omstandigheden in de ruimte, zoals langdurige blootstelling aan sterke straling en temperatuurveranderingen", legt Kaj Dockx uit. "Als dat zo is, kan grafeen heel nuttig zijn om toe te passen in bijvoorbeeld magnetische sensoren, of in stralingsdetectoren voor astronomische observaties. Voor zover wij weten heeft nog nooit iemand daadwerkelijk geprobeerd grafeen de ruimte in te sturen om te zien wat er gebeurt."
Dockx gebruikte een isolerende laag bovenop het grafeen, een cruciale stap om de 2D-apparaten voor en tijdens de lancering te beschermen tegen invloeden uit de omgeving: "Om het grafeen te beschermen tegen de omgeving, heb ik het grafeen ingekapseld met een dunne laag aluminiumoxide met behulp van atomaire laagafzetting. Wat blijkt: dit proces beschadigt de kwetsbare grafeenlaag niet en werkt goed als bescherming tegen invloeden van buitenaf. Ongeveer 80% van de monsters bleef zeer stabiel na alle noodzakelijke transits van Delft naar Chili en Cape Canaveral in Florida. De expertise van ANL in het produceren van grafeen en de benodigde apparaten was essentieel voor deze ontdekking."
Masterstudenten doen al het werk
Begeleider Herre van der Zant vertelt over de andere uitdagingen die de onderzoekers moesten overwinnen voor de missie: "De samples moeten uitgebreide trillingstesten ondergaan om te kijken of ze alle schokken van de lancering kunnen doorstaan. Ook werden de transistors de eerste keer dat we ze maakten opgeblazen, omdat ze te fragiel waren voor de raketingenieurs om ermee om te gaan, dus moesten we ze sterker maken." Wat het project volgens Van der Zant bijzonder maakt, is het feit dat bijna al het werk is gedaan door masterstudenten. De onderzoekers zullen twee maanden moeten wachten voordat de satelliet de gewenste baan bereikt rond de aarde, om te beginnen met metingen en het ontvangen van gegevens.
