Dans une série d'expériences passionnantes, Des chercheurs de Cambridge ont expérimenté en apesanteur l'application du graphène dans l'espace.

Travaillant dans le cadre d'une collaboration entre le Graphene Flagship et l'Agence spatiale européenne, des chercheurs du Cambridge Graphene Center ont testé pour la première fois le graphène dans des conditions de microgravité.

Tester le potentiel du graphène dans les systèmes de refroidissement des satellites, les chercheurs ont expérimenté l'apesanteur à l'intérieur d'un vol parabolique – également connu sous le nom de « comète vomie ».

« Le graphène, comme nous le savons, offre de nombreuses opportunités. L'une d'entre elles, reconnu très tôt, est les applications spatiales, et c'est la première fois que le graphène est testé dans des applications de type spatial, à l'échelle mondiale, " a déclaré le professeur Andrea Ferrari, Directeur du Cambridge Graphene Centre.

Le professeur Ferrari est également responsable de la science et de la technologie et président du comité de gestion du projet phare Graphene.

Le graphène - l'allotrope épais du carbone à un seul atome - possède une combinaison unique de propriétés qui le rendent intéressant pour les applications de l'électronique flexible et de la communication de données rapide, à l'amélioration des matériaux de structure et des traitements de l'eau. Il est hautement conducteur électriquement et thermiquement, ainsi que fort et flexible.

Dans cette expérience, menée en novembre et décembre de l'année dernière, les chercheurs visaient à améliorer les performances des systèmes de refroidissement utilisés dans les satellites, en utilisant les excellentes propriétés thermiques du graphène.

"Nous utilisons du graphène dans ce qu'on appelle des caloducs en boucle. Ce sont des pompes qui déplacent le fluide sans avoir besoin de pièces mécaniques, donc il n'y a pas d'usure, ce qui est très important pour les applications spatiales, " a déclaré le professeur Ferrari.

« Nous visons une durée de vie accrue et une autonomie améliorée des satellites et des sondes spatiales. En ajoutant du graphène, nous aurons un caloduc en boucle plus fiable, capable de fonctionner de manière autonome dans l'espace, " a ajouté le Dr Marco Molina. Le Dr Molina est directeur technique de la ligne d'activité Espace chez Leonardo, un partenaire industriel de l'expérimentation.

Dans un caloduc en boucle, l'évaporation et la condensation d'un fluide sont utilisées pour transporter la chaleur des systèmes électroniques chauds vers l'espace. La pression du cycle d'évaporation-condensation force le fluide à traverser les systèmes fermés, assurant un refroidissement continu.

L'élément principal du caloduc en boucle est la mèche métallique, où le fluide est évaporé en gaz. Dans ces expériences, la mèche métallique a été recouverte de graphène offrant deux avantages améliorant l'efficacité du caloduc. Premièrement, Les excellentes propriétés thermiques du graphène améliorent le transfert de chaleur des systèmes chauds vers la mèche. Deuxièmement, la structure poreuse du revêtement de graphène augmente l'interaction de la mèche avec le fluide, et améliore la pression capillaire, ce qui signifie que le liquide peut s'écouler plus rapidement à travers la mèche.

Après d'excellents résultats aux tests de laboratoire, les mèches recouvertes de graphène ont été testées dans des conditions de type spatial à bord d'un vol parabolique Zero-G. Pour créer l'apesanteur, l'avion subit une série de manœuvres paraboliques, créant jusqu'à 23 secondes d'apesanteur à chaque manœuvre.

"C'était vraiment une expérience merveilleuse de ressentir l'apesanteur, mais aussi les moments d'hyper-gravité dans l'avion. J'étais très excité mais en même temps un peu nerveux. Je n'ai pas pu dormir la veille, " a déclaré le Dr Yarjan Samad, un associé de recherche au Cambridge Graphene Centre.

Dans le vol, les mèches enduites de graphène démontrent à nouveau d'excellentes performances, avec un transfert de chaleur et de fluide plus efficace par rapport aux mèches non traitées. Sur la base de ces résultats prometteurs, les chercheurs continuent de développer et d'optimiser les revêtements pour des applications dans des conditions spatiales réelles.

"La prochaine étape sera de commencer à travailler sur un prototype qui pourrait aller soit sur un satellite, soit sur la station spatiale, " a déclaré le professeur Ferrari.