Stanford y UC Berkeley colaboran en una investigación para producir un aerogel de grafeno superior en el espacio

El astronauta de la NASA Woody Hoburg trabaja en un experimento de la Universidad de Stanford que tiene como objetivo sintetizar aerogel de grafeno en el espacio.

Crédito de medios: Imagen cortesía de la NASA.

24 de agosto de 2023

INSTALACIÓN DE VUELO DE WALLOPS (VA), 24 de agosto de 2023 – El aerogel de grafeno es un material ligero extraordinario que es a la vez aislante térmico y conductor de electricidad. Esto lo hace atractivo para su uso en una amplia variedad de aplicaciones, desde un mejor almacenamiento de energía en baterías hasta mejores métodos de limpieza de derrames de petróleo y trajes espaciales de próxima generación. Un equipo de investigadores de la Universidad de Stanford y la Universidad de California en Berkeley están aprovechando el Laboratorio Nacional de la Estación Espacial Internacional (ISS) para producir aerogel de grafeno de mayor calidad que la que es posible en la Tierra.

Esta semana, los astronautas de Crew-6 a bordo de la estación espacial completaron el trabajo de investigación del equipo, que fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF). Los resultados podrían proporcionar nuevos conocimientos sobre la física subyacente de la síntesis de aerogel de grafeno y conducir al desarrollo de nuevos productos materiales.

"A través del entorno de microgravedad de la estación espacial, podemos desbloquear un área completamente nueva de la ciencia de los materiales a la que nunca hemos tenido acceso", dijo Jessica Frick, ingeniera investigadora de Stanford.

Frick es parte del Laboratorio de Microsistemas de Ambientes Extremos de Stanford, o XLab. Concebido por Debbie Senesky, profesora asociada de aeronáutica y astronáutica en Stanford, el XLab se centra en fabricar dispositivos electrónicos pequeños pero resistentes que puedan funcionar en entornos extremos, como el espacio. Para su investigación sobre la estación espacial, Frick y Senesky colaboran con un grupo de investigación de la UC Berkeley dirigido por Roya Maboudian, profesora de ingeniería química y biomolecular. El equipo pretende comprender mejor la naturaleza del aerogel de grafeno y cómo la microgravedad afecta a sus propiedades.

La investigación, que ejecutará el primer paso de la síntesis de aerogel de grafeno en microgravedad, se inició en la 19ª misión de Servicios de Reabastecimiento Comercial (NG-19) de Northrop Grumman. Los resultados podrían tener implicaciones para la futura fabricación en el espacio, así como para las misiones al espacio profundo.

Esta investigación tiene como objetivo producir muestras de aerogel de grafeno similares a la muestra que se ve aquí.

Crédito de medios: Imagen cortesía de Jessica Frick, Universidad de Stanford

La producción de aerogel de grafeno es un proceso de dos pasos. El primer paso es muy parecido a hacer gelatina. El equipo de investigación combinó escamas de óxido de grafeno en una solución acuosa, como se combinaría gelatina en polvo y agua caliente para hacer gelatina. Luego, las muestras de la solución de óxido de grafeno se enviaron a la estación espacial. A principios de esta semana, los miembros de la tripulación cargaron las muestras en un horno, donde la solución se calentará para formar hidrogel de grafeno. Este proceso dura unas horas y, una vez formado el hidrogel, los astronautas prepararán las muestras para regresar a la Tierra.

Cuando las muestras regresen al laboratorio, el equipo realizará el segundo paso del proceso, que consiste en eliminar el líquido y dejar solo aire en forma de aerogel de grafeno. Luego, el equipo examinará las propiedades del aerogel y comparará lo que encuentren con el aerogel de grafeno producido terrestremente.

El primer paso del proceso es el más crucial, afirma Frick. En la Tierra, la gravedad puede tirar las escamas de grafeno hacia abajo de manera desigual, lo que puede crear grietas en el hidrogel. Esto podría afectar la calidad del aerogel producido, haciéndolo menos conductor de electricidad o teniendo tasas de absorción más bajas.

"Lo que esperamos ver en el hidrogel de grafeno producido en el espacio es una depresión en los efectos de la sedimentación que vemos aquí en la Tierra", dijo Senesky. El aerogel de grafeno producido a partir del hidrogel solo tendrá un tamaño de unos pocos milímetros, pero si el equipo puede demostrar que el aerogel es de mayor calidad que sus homólogos terrestres, la producción podría ampliarse para crear aerogeles de grafeno más grandes.

Según Senesky, los aerogeles tienen muchas cualidades notables, lo que los convierte en un material ideal para multitud de aplicaciones. Son extremadamente porosos, lo que los hace buenos para la filtración. Por ejemplo, la NASA utilizó un aerogel a base de sílice en la misión Stardust de la agencia para capturar partículas finas de polvo de un cometa. Los aerogeles de sílice también se han utilizado como aislamiento en los vehículos exploradores de la NASA en Marte y en prendas de vestir exteriores aquí en la Tierra.

Debido a que el grafeno también es conductor de electricidad, los investigadores tienen la esperanza de que el aerogel de grafeno pueda usarse para almacenar energía en baterías y supercondensadores. Además, el aerogel de grafeno es un aislante térmico prometedor que podría usarse en tecnología de protección térmica o incrustarse en telas para aplicaciones aeroespaciales. También podría usarse como sensor químico o incluso para ayudar a absorber ciertos componentes químicos, lo que podría ser beneficioso para aplicaciones como la limpieza de derrames de petróleo.

"El aerogel de grafeno es absorbente como una esponja", dijo Maboudian. "Esto significa que podría usarse para absorber materiales mucho más veces su propio peso, lo que le permite usarse como herramienta para limpiar derrames químicos y detectar sustancias químicas nocivas en el medio ambiente".

La misión NG-19 se lanzó desde las instalaciones de vuelo de Wallops el 1 de agosto a las 8:31 pm EDT e incluyó más de 20 cargas útiles patrocinadas por el Laboratorio Nacional de la ISS. Para obtener más información sobre todas las investigaciones patrocinadas por el Laboratorio Nacional de la ISS sobre esta misión, visite nuestra página de lanzamiento.

Descargue una resolución alta para esta versión: El astronauta de la NASA Woody Hoburg

Contacto con los medios:Patrick O'[email protected]

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