據報道,美國航空航天局(NASA)開(kāi)發(fā)出只有原子大小的基于石墨烯材質(zhì)的微型傳感器,用以檢測地球高空大氣層的微量元素,以及航天器上的結構性缺陷。
NASA戈達德太空飛行中心技術(shù)專(zhuān)家蘇丹娜說(shuō),兩年前其研究團隊就開(kāi)始以石墨烯為基礎研究開(kāi)發(fā)制造納米大小的探測器,以探測大氣層上空的原子氧和其他微量元素,從飛機機翼到航天器總線(xiàn)一切的結構性壓力。該中心機械系統分部首席助理杰夫·斯圖爾特說(shuō):“石墨烯最酷的是其自身屬性,這為研究提供了大量的可能性。坦率地說(shuō),我們才剛剛開(kāi)始?!?
一年多以前,蘇丹娜的團隊開(kāi)始研發(fā)基于化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)的石墨烯設備。他們在一個(gè)真空室中放置一個(gè)金屬基體并注入氣體,生成所需的薄膜?,F在,該團隊已可以成功地生產(chǎn)出高品質(zhì)的石墨烯片。蘇丹娜說(shuō):“這種材料最有前景的應用之一是作為一種化學(xué)傳感器?!?
現在,該研究團隊開(kāi)發(fā)出小型化、低質(zhì)量、低功耗石墨烯傳感器,可以測量大氣層上空中的氧原子量。而大氣層上空中的氧原子量來(lái)自于太陽(yáng)紫外線(xiàn)輻射分解氧分子時(shí)所創(chuàng )建,其生成的相關(guān)元素具有高度腐蝕性。當衛星飛過(guò)大氣層上空,會(huì )受到這種化學(xué)物質(zhì)以每秒約5英里(約8公里)的時(shí)速攻擊,從而嚴重破壞航天器的常用材料,如聚酰亞胺薄膜。
雖然科學(xué)家們相信氧原子組成了低地球軌道上稀薄大氣層的96%,但是在測量其密度和更準確地確定其在大氣阻力中的作用時(shí)發(fā)現,其可能導致軌道航天器過(guò)早地失去高度降至地球。研究人員說(shuō):“我們仍然不知道氧原子在航天器上創(chuàng )建的拖曳力的影響;不知道原子與航天器之間轉移的動(dòng)量是多少,而這是很重要的,因為工程師可根據這種影響來(lái)評估航天器的壽命,以及飛船在重新回到地球大氣層之前會(huì )飛多長(cháng)時(shí)間?!?
蘇丹娜表示,石墨烯傳感器對此提供了一個(gè)很好的解決方案。當石墨烯吸收氧原子,材料的電阻會(huì )產(chǎn)生變化,石墨烯傳感器可迅速測量出一個(gè)更精確的密度?!斑@真令人興奮,我們希望可以計算頻率阻值的變化,大大簡(jiǎn)化測量氧原子的操作步驟?!?
蘇丹娜說(shuō),這種化學(xué)傳感器不只可以測量氧原子,也可測量甲烷、一氧化碳和其他行星的氣體,以及從行星內部釋出的氣態(tài)物質(zhì)。