Onderzoekers kijken naar de rol van grafeen in ruimtetechnologie

Grafeen is al lang naar voren geschoven als een wondermateriaal. Het heeft onmiskenbaar verbazingwekkende eigenschappen: sterker dan staal, een betere elektrische geleider dan koper en lichter dan bijna al het andere met vergelijkbare eigenschappen. En hoewel het gedeeltelijk is overgenomen in ruimtevaarttechnologieën, blijven er veel use-cases over waar een pure vorm van het materiaal de ruimtevaartindustrie dramatisch ten goede zou kunnen komen.

Om die kansen in detail te beschrijven, heeft een groep wetenschappers van de Italiaanse ruimtevaartorganisatie onlangs een paper uitgebracht Nanomaterialen dat keek naar de rol van grafeen in de verkenning van de ruimte – en waar het binnenkort een nog grotere impact zou kunnen hebben.

Wanneer het wordt gebruikt in ruimtetechnologieën, keert het gewoon terug naar een plek waar het van nature al bestaat. Onderzoek heeft aangetoond dat tot 1,9% van het interstellaire medium koolstof uit grafeen bestaat. Het wordt gecreëerd tijdens het destructieve proces van een ster die door zijn doodsstrijd gaat en verspreidt zich door de melkweg als onderdeel van dat proces.

Helaas is het nabootsen van een supernova hier op aarde niet zo eenvoudig (vraag het maar aan een willekeurige kernfysicus). En het maken van grafeen hier op aarde is ook niet eenvoudig – althans niet op de schaal die nodig is om de volledige materiële eigenschappen ervan te realiseren. Maar zelfs een beetje grafeen dat aan de mix wordt toegevoegd, maakt een verschil.

Doorgaans combineren ingenieurs grafeen met verschillende metalen en polymeren voor ruimtevaarttoepassingen, waardoor een klasse materialen ontstaat die bekend staat als nanocomposieten. Zelfs deze kleine hoeveelheid wondermateriaal kan aanzienlijke positieve voordelen hebben voor de composietresultaten, of het nu gaat om het verhogen van de thermische geleidbaarheid of stijfheid. Sommige composieten kunnen zelfs als sensoren worden gebruikt, waarbij hun output zaken als raketpositionering regelt.

Andere use-cases, zoals zonnezeilen, antennes en antislijtagesystemen, laten zien hoe veelzijdig grafeen kan zijn. Maar waar gaan we heen vanaf hier? Er is nog steeds geen manier om met succes puur grafeen te maken met de fysieke eigenschappen die we wensen. Maar er is genoeg onderzoek naar hoe dat te doen.

Zoals met zoveel andere gebieden van wetenschappelijk onderzoek de laatste tijd, loopt China voorop bij de ontwikkeling van die methodologie. Volgens de krant heeft China 71% van de wereldwijde patenten op grafeen in handen en zijn acht van de top 10 universiteiten die onderzoek doen naar grafeen in het land gevestigd. China heeft ook een robuust ruimtevaartprogramma, maar zijn ruimtevaarteconomie is niet zo goed ontwikkeld als de VS of de EU, dus het kan even duren voordat vorderingen in het land op grotere schaal worden overgenomen in de ruimtevaartindustrie.