NASA Menyelidiki Penggunaan Bahan 'Trailblazing' untuk Sensor Baru
Thursday, 20 December 2012
Add Comment
Goddard teknolog Mahmooda Sultana sedang menyelidiki dua aplikasi baru untuk graphene, sebuah teknologi trailblazing dengan karakteristik fisik unik yang membuat jika ideal untuk semua jenis penggunaan spaceflight. Kredit: NASA / Pat Izzo
Sensor kecil - terbuat dari bahan yang berpotensi trailblazing hanya satu atom tebal dan digembar-gemborkan sebagai "hal terbaik berikutnya" sejak penemuan silikon - yang sekarang sedang dikembangkan untuk mendeteksi elemen di atas atmosfer bumi dan kelemahan struktural dalam pesawat ruang angkasa.
Teknolog Mahmooda Sultana, yang bergabung dengan NASA Goddard Space Flight Center di Greenbelt, Md, dua tahun lalu dan sejak itu muncul sebagai go-ahli Goddard dalam pengembangan graphene berbasis teknologi, telah memperluas portofolio nya untuk memasukkan dua penelitian baru dan pengembangan upaya yang ditujukan untuk menciptakan nano berukuran detektor yang dapat mendeteksi atom oksigen dan elemen lainnya di bagian atas atmosfer dan strain struktural dalam segala hal dari sayap pesawat ke bus pesawat ruang angkasa.
"Hal yang sejuk tentang graphene adalah sifat-sifatnya," kata Jeff Stewart, asisten kepala bertindak untuk teknologi untuk Divisi Mechanical Systems Goddard. "Ini menawarkan sejumlah besar kemungkinan. Terus terang, kami baru saja mulai. "
Graphene, pertama kali ditemukan pada tahun 2004 oleh ilmuwan kelahiran Rusia Andre Geim dan Konstantin Novoselov, hanya satu atom tebal dan terdiri dari atom karbon diatur dalam segi enam terikat erat terbaik divisualisasikan sebagai skala atom kawat ayam. Dua ratus kali lebih kuat dari baja struktural, tidak hanya merupakan bahan terkuat yang pernah diukur, tetapi juga yang paling sensitif dan stabil pada suhu ekstrim, sehingga ideal untuk semua jenis penggunaan. Sejak penemuannya, ratusan organisasi di seluruh dunia telah meluncurkan upaya penelitian untuk mengambil keuntungan dari sifat unik material.
Goddard adalah salah satu dalam kontingen tumbuh.
Lebih dari setahun yang lalu, Sultana dan timnya memenangkan dana penelitian dan pengembangan untuk mendirikan fasilitas produksi dan menyempurnakan teknik pengolahan untuk fabrikasi graphene menggunakan teknik yang disebut deposisi uap kimia (CVD), teknik ini juga digunakan dalam pembuatan chip komputer. Dengan pendekatan ini, teknisi menempatkan substrat logam di dalam ruang vakum dan menyuntikkan gas yang kemudian bereaksi atau terurai untuk menghasilkan film tipis yang diinginkan.
Sejak itu, kelompok ini telah berhasil di bidang manufaktur dan pengolahan relatif besar, berkualitas tinggi potongan graphene, dan sekarang siap untuk menerapkan keahlian untuk memajukan aplikasi lain. "Salah satu aplikasi yang paling menjanjikan dari bahan ini adalah sebagai sensor kimia," kata Sultana.
Kimia Sensor
Dia telah bekerja sama dengan pensiunan ilmuwan Goddard Fred Herrero, yang sedang mengejar penelitian dalam kapasitas emeritus, untuk mengembangkan detektor, miniatur bermassa rendah, daya rendah, graphene berbasis yang dapat mengukur jumlah oksigen atom di bagian atas atmosfer. Atom oksigen di atmosfer atas dibuat ketika radiasi ultraviolet dari matahari istirahat terpisah molekul oksigen (O2). Unsur reaktif yang dihasilkan sangat korosif. Sebagai satelit terbang melalui bagian atas atmosfer, kimia menyerang mereka di sekitar lima kilometer per detik. Dampak merusak bahan pesawat ruang angkasa yang umum digunakan, seperti Kapton.
Meskipun para ilmuwan percaya bahwa atom oksigen membentuk 96 persen dari atmosfer tipis di orbit rendah Bumi, Herrero tertarik dalam mengukur kepadatan dan menentukan lebih tepat perannya dalam menciptakan hambatan atmosfer, yang dapat menyebabkan pesawat ruang angkasa yang mengorbit kehilangan ketinggian prematur dan terjun ke Bumi . "Kami masih belum tahu dampak dari unsur-unsur atom pada pesawat ruang angkasa dalam menciptakan gaya drag," katanya. "Kami tidak tahu berapa banyak momentum ditransfer antara atom dan pesawat ruang angkasa. Hal ini penting karena insinyur perlu memahami dampak untuk memperkirakan masa pesawat ruang angkasa dan berapa lama waktu yang dibutuhkan sebelum atmosfer pesawat ruang angkasa reenters Bumi. "
Penelitian telah menunjukkan bahwa graphene berbasis sensor menawarkan solusi yang baik, kata Sultana. Ketika graphene menyerap oksigen atom, itu mengoksidasi, menghasilkan perubahan dalam hambatan listrik material bahwa sensor berbasis graphene kemudian bisa menghitung dengan cepat untuk menghasilkan pengukuran kepadatan lebih akurat. "Saya sangat bersemangat tentang kemungkinan bahan ini," kata Herrero, menambahkan graphene yang akan sangat menyederhanakan langkah yang diperlukan untuk mengukur atom oksigen. "Kami akan menghitung seberapa sering perubahan perlawanan."
Atom oksigen bukan satu-satunya elemen sensor kimia bisa mengukur, Sultana kata. Dia juga percaya itu ideal untuk mengukur metana, karbon monoksida, dan gas lainnya pada tubuh planet lain dan outgassing pemantauan yang kadang-kadang mengkontaminasi optik instrumen. Dia berencana untuk membuat dan menguji generasi pertama dari graphene berbasis sensor kimia pada akhir tahun fiskal, katanya. "Ini adalah pada tahap sangat awal," tambah Sultana.
Saring Deteksi
Atribut yang unik graphene juga membuat calon yang layak untuk mendeteksi tekanan dalam komponen pesawat ruang angkasa, katanya. Dengan kolaborator-nya di Institut Teknologi Massachusetts (MIT), tim ini menggunakan dukungan dari Kantor NASA dari Chief Technologist untuk memajukan sebuah sensor kecil yang dapat tertanam dalam bahan pesawat ruang angkasa, termasuk komposit. Jika material mengalami beberapa jenis stres, sensor kecil akan mendeteksinya.
Tim ini telah digunakan untuk memproduksi CVD dan menguji sepotong besar graphene, yang sifat listrik yang sensitif terhadap tekanan mendeteksi, Sultana kata. Kolaborator MIT dia sekarang sedang fabrikasi perangkat graphene dan timnya adalah kabel mereka untuk membaca pengukuran - seperti elektroda medis yang digunakan untuk tes medis tertentu. Namun, Sultana berencana untuk menghilangkan kabel sehingga beroperasi secara mandiri, katanya.
"Ini bisa digunakan dalam cara yang non-invasif," kata Stewart. "Saat ini, kami menggunakan perangkat yang relatif besar untuk mendeteksi kerusakan atau sumber potensi kegagalan, tetapi dengan otonomi graphene berbasis sensor harapan kami adalah bahwa kita bisa menempatkan mereka ke dalam bahan itu sendiri."
"Kita dapat menggunakan kombinasi yang berbeda dari sifat ekstrim dan menggunakan bahan yang sama untuk aplikasi penginderaan yang berbeda," tambah Sultana. "Itulah keindahan dari graphene."
0 Response to "NASA Menyelidiki Penggunaan Bahan 'Trailblazing' untuk Sensor Baru"
Post a Comment