Stanford e UC Berkeley colaboram na investigação para produzir aerogel de grafeno superior no espaço

O astronauta da NASA Woody Hoburg trabalha em um experimento da Universidade de Stanford que visa sintetizar aerogel de grafeno no espaço.

Crédito de mídia: Imagem cortesia da NASA

24 de agosto de 2023

WALLOPS FLIGHT FACILITY (VA), 24 de agosto de 2023 – O aerogel de grafeno é um material notável e leve que é ao mesmo tempo isolante térmico e eletricamente condutivo. Isso o torna atraente para uso em uma ampla variedade de aplicações – desde melhor armazenamento de energia em baterias até melhores métodos de limpeza de derramamentos de óleo e trajes espaciais de próxima geração. Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Stanford e da Universidade da Califórnia, Berkeley, está aproveitando o Laboratório Nacional da Estação Espacial Internacional (ISS) para produzir aerogel de grafeno de maior qualidade do que é possível na Terra.

Esta semana, os astronautas da Crew-6 a bordo da estação espacial concluíram o trabalho de investigação da equipe, que foi financiado pela Fundação Nacional de Ciência dos EUA (NSF). Os resultados podem fornecer novos insights sobre a física subjacente à síntese do aerogel de grafeno e levar ao desenvolvimento de novos produtos materiais.

“Através do ambiente de microgravidade da estação espacial, podemos desbloquear uma área completamente nova da ciência dos materiais à qual nunca tivemos acesso”, disse Jessica Frick, engenheira de pesquisa em Stanford.

Frick faz parte do Laboratório de Microsistemas de Ambientes Extremos de Stanford, ou XLab. Concebido por Debbie Senesky, professora associada de aeronáutica e astronáutica em Stanford, o XLab se concentra na fabricação de eletrônicos minúsculos, mas resistentes, que podem funcionar em ambientes extremos – como o espaço. Para a investigação na estação espacial, Frick e Senesky estão colaborando com um grupo de pesquisa da UC Berkeley liderado por Roya Maboudian, professora de engenharia química e biomolecular. A equipe pretende compreender melhor a natureza do aerogel de grafeno e como a microgravidade afeta suas propriedades.

A investigação, que executará a primeira etapa da síntese de aerogel de grafeno em microgravidade, foi lançada na 19ª missão de Serviços de Reabastecimento Comercial da Northrop Grumman (NG-19). Os resultados podem ter implicações para a futura fabricação no espaço, bem como para missões no espaço profundo.

Esta investigação visa produzir amostras de aerogel de grafeno semelhantes à amostra aqui vista.

Crédito de mídia: Imagem cortesia de Jessica Frick, Universidade de Stanford

A produção de aerogel de grafeno é um processo de duas etapas. O primeiro passo é como fazer gelatina. A equipe de pesquisa combinou flocos de óxido de grafeno em uma solução aquosa, como você combinaria gelatina em pó e água quente para fazer gelatina. As amostras da solução de óxido de grafeno foram então enviadas para a estação espacial. No início desta semana, os membros da tripulação carregaram as amostras em um forno, onde a solução será aquecida para formar o hidrogel de grafeno. Esse processo leva algumas horas e, assim que o hidrogel estiver formado, os astronautas prepararão as amostras para retornar à Terra.

Quando as amostras voltarem ao laboratório, a equipe fará a segunda etapa do processo, que envolve retirar o líquido e deixar apenas o ar na forma de aerogel de grafeno. A equipe irá então examinar as propriedades do aerogel e comparar o que encontrar com o aerogel de grafeno produzido terrestre.

A primeira etapa do processo é a mais crucial, diz Frick. Na Terra, a gravidade pode puxar os flocos de grafeno para baixo de maneira desigual, o que pode criar rachaduras no hidrogel. Isto pode afetar a qualidade do aerogel produzido, tornando-o menos condutor de eletricidade ou com taxas de absorção mais baixas.

“O que esperamos ver do hidrogel de grafeno produzido no espaço é uma depressão nos efeitos da sedimentação que vemos aqui na Terra”, disse Senesky. O aerogel de grafeno produzido a partir do hidrogel terá apenas alguns milímetros de tamanho, mas se a equipe puder mostrar que o aerogel é de qualidade superior aos seus equivalentes terrestres, a produção poderá ser ampliada para criar aerogéis de grafeno maiores.

Segundo Senesky, os aerogéis possuem muitas qualidades notáveis, o que os torna um material ideal para uma infinidade de aplicações. São extremamente porosos, o que os torna bons para filtração. Por exemplo, a NASA usou um aerogel à base de sílica na missão Stardust da agência para capturar partículas finas de poeira de um cometa. Aerogéis de sílica também têm sido usados ​​como isolamento nos rovers de Marte da NASA e em roupas externas aqui na Terra.