可探测航天器新型传感器研发

NASA戈达德科学家们正在开发一种微小传感器,这种传感器可探测地球上层大气的痕量元素,也可探测航天器的结构缺陷。这种传感器由潜力巨大的创新材料石墨烯(graphene)制造而成,石墨烯材料仅有一个原子的厚度,将成为硅之后的下一种最好材料。


2004年,俄罗斯裔科学家分离出石墨烯。目前,戈达德航天中心正在进行石墨烯基技术研发工作,目的是制造纳尺寸的探测器,探测上层大气中的氧原子和其他痕量元素,并探测从机翼到航天器平台上各种物体的结构应变。


一 年前,戈达德航天中心苏塔娜及其团队获得研发投资,建造特别的生产设备,获取有规则的工艺技术,利用化学气相沉积(CVD)技术,制造石墨烯。CVD技术 也用于制造电脑芯片。采用这种方法,专家们将金属基板放入真空燃烧室并注入气体,之后发生反应或分解,生成所需的薄膜。


该团队已经制造并 加工了相对大的高质量石墨烯片,现在准备将其经验用于其他用途,最可能的一种应用是制造化学传感器。苏塔娜团队中的弗莱德是戈达德的退休科学家,他正在研 究一种微型低质量低功率石墨烯基探测器,用于探测上层大气中氧原子密度。太阳的紫外线辐射使氧分子分解,在上层大气中形成氧原子,这种活性元素具有极高腐 蚀性。当卫星穿越上层大气时,这种化学物质以每秒5英里的速度撞击卫星。这种撞击通常会破坏航天器上普遍应用的材料,如Kapton。


石墨烯基探测器还能更精确地判断氧原子在使在轨卫星提前丧失高度坠入大气中起到的作用。石墨烯吸收氧原子时被氧化,使材料电阻发生变化,石墨烯基传感器能快速计算,对密度进行更精确的测量。利用石墨烯,能大大简化测量氧原子的步骤。


这种化学传感器还能测量其他元素,如其他星体上的甲烷、一氧化碳,或其他气体。苏塔娜希望在本财年试验第一代石墨烯基传感器。目前该技术还处于相当早期的阶段。