El investigador principal John Hagopian desarrolló un nuevo material basado en nanotecnología que es 10 veces más efectivo que la pintura negra utilizada por los desarrolladores de instrumentos para absorber la luz parásita. que pueden contaminar los datos científicos. La muestra de la izquierda es pintura negra que se usa típicamente para suprimir la luz errante en los instrumentos; la muestra de la derecha es el nuevo material de nanotubos. Crédito:Chris Gunn / NASA
(PhysOrg.com) - El negro es negro, ¿Derecha? No tan, según un equipo de ingenieros de la NASA que ahora está desarrollando un material más negro que el tono que ayudará a los científicos a recopilar mediciones científicas difíciles de obtener u observar objetos astronómicos actualmente no vistos, como planetas del tamaño de la Tierra en órbita alrededor de otras estrellas.
El material basado en nanotecnología que ahora está siendo desarrollado por un equipo de 10 tecnólogos en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland., es una fina capa de nanotubos de carbono de paredes múltiples:pequeños tubos huecos hechos de carbono puro de aproximadamente 10, 000 veces más delgado que un mechón de cabello humano. Los nanotubos tienen una multitud de usos potenciales, particularmente en electrónica y materiales avanzados debido a sus propiedades eléctricas únicas y extraordinaria resistencia. Pero en esta aplicación, La NASA está interesada en utilizar la tecnología para ayudar a suprimir la luz errante que tiene una forma divertida de rebotar en los componentes de los instrumentos y contaminar las mediciones.
Mejor que pintar
"Esta es una tecnología que ofrece una gran amortización, "dijo el ingeniero Leroy Sparr, quién está evaluando su efectividad en el Radiómetro Oceánico para Evaluación de Carbono (ORCA), un instrumento de próxima generación que está diseñado para medir la fotosíntesis marina. "Es aproximadamente 10 veces mejor que la pintura negra" que suelen utilizar los diseñadores de instrumentos de la NASA para suprimir la luz parásita, él dijo.
Los nanotubos de carbono de paredes múltiples son pequeños tubos huecos hechos de carbono puro de aproximadamente 10, 000 veces más delgado que un mechón de cabello humano. La NASA está investigando su uso para ayudar a suprimir la luz errante que rebota en los componentes de los instrumentos y contamina las mediciones. Crédito:NASA
La tecnología funciona debido a sus habilidades de súper absorción. Los nanotubos en sí están empaquetados verticalmente como una alfombra de pelo largo. Los pequeños espacios entre los tubos absorben el 99,5 por ciento de la luz que los golpea. En otras palabras, muy pocos fotones se reflejan en el recubrimiento de nanotubos de carbono, lo que significa que la luz parásita no puede reflejarse en las superficies e interferir con la luz que los científicos realmente quieren medir. El ojo humano ve el material como negro porque solo una pequeña fracción de la luz se refleja en el material.
El equipo comenzó a trabajar en la tecnología en 2007. Sin que el grupo lo supiera, El Instituto Politécnico Rensselaer, con sede en Nueva York, también había iniciado un esfuerzo similar y anunció en 2008 que sus investigadores habían desarrollado el material basado en nanotubos de carbono más oscuro jamás fabricado, más de tres veces más oscuro que el registro anterior.
"Nuestro material no es tan oscuro como el de ellos, "dijo John Hagopian, el investigador principal que dirige el equipo de desarrollo. "Pero lo que estamos desarrollando es 10 veces más negro que las pinturas actuales de la NASA que suprimen la luz parásita del sistema. Además, será robusto para aplicaciones espaciales, " él dijo.
Esa es una distinción importante, dijo Carl Stahle, subdirector de tecnología de la División de Tecnología y Sistemas de Instrumentos de Goddard. No toda la tecnología se puede utilizar en el espacio debido a las duras condiciones ambientales que se encuentran allí. "Esa es la verdadera fuerza de este esfuerzo, ", Dijo Stahle." El grupo está encontrando formas de aplicar nueva tecnología y volarla en nuestros instrumentos ".
Gran avance
El avance fue el descubrimiento de un material de capa inferior altamente adhesivo sobre el cual crecer los nanotubos de carbono, que tienen solo unas pocas decenas de nanómetros de diámetro. Para cultivar nanotubos de carbono, Los científicos de materiales suelen aplicar una capa catalizadora de hierro a una capa inferior sobre el sustrato de silicio. Luego calientan el material en un horno a unos 750 ° C (1, 382 ° F). Mientras calienta, el material se baña en gas de materia prima que contiene carbono.
Stephanie Getty, el científico de materiales del equipo de Hagopian, varió la capa inferior, así como el grosor de los materiales del catalizador para crear nanotubos de carbono que no solo absorben la luz, pero también permanecen fijos al material sobre el que crecen. Como resultado, son más duraderos y menos propensos a rayarse. The team also has grown durable nanotube coatings on titanium, a better structural material for space use. The team now is fine-tuning production techniques to assure consistent quality and light-suppression capabilities, Hagopian said.
New Capabilities Added
Should the team prove the material's suitability in space, the material would provide real benefits to instrument developers, Hagopian added.
En la actualidad, instrument developers apply black paint to baffles and other components to reduce stray light. Because reflectance tests have shown the coating to be more effective than paint, instrument developers could grow the carbon nanotubes on the components themselves, thereby simplifying instrument designs because fewer baffles would be required. To accommodate larger components, the team now is installing a six-inch furnace to grow nanotubes on components measuring up to five inches in diameter. And under a NASA R&D award, the team also is developing a separate technique to create sheets of nanotubes that could be applied to larger, non-conforming surfaces.
In addition to simplifying instrument design, the technology would allow scientists to gather hard-to-obtain measurements because of limitations in existing light-suppression techniques or to gather information about objects in high-contrast areas, including planets in orbit around other stars, Hagopian said.
The ORCA team, which is fabricating and aligning an instrument prototype, is the first to actually apply and test the technology. The instrument is the front-runner for the proposed Aerosol/Cloud/Ecosystems (ACE) mission and requires robust light-suppression technologies because more than 90 percent of the light gathered by the instrument comes from the atmosphere. Por lo tanto, the team is looking for a technique to suppress the light so that it doesn't contaminate the faint signal the team needs to retrieve.
"It's been an issue with all the (ocean sensors) we've flown so far, " said ORCA Principal Investigator Chuck McClain.
Working with the ORCA team, Hagopian's group grew the coating on a slit, the conduit through which all light will pass on ORCA. "Having an efficient absorber is critical and the nanotubes could provide the solution, " McClain said. "Right now, it looks promising, " Sparr added. "If I can support them and they can continue advancing the technology so that it can be applied to other spacecraft components, it could be a very important development for NASA."
Goddard Chief Technologist Peter Hughes agrees, y, De hecho, selected Hagopian and his team to receive his organizations 2010 "Innovator of the Year" award. "Our job is to develop and advance new technology that will ultimately result in better scientific measurements. Goddard has a well-deserved reputation for creating technologies that enhance instrument performance because we are adept at quickly infusing emerging technology for specific spaceflight applications. Johns team demonstrated that key strength. And in doing so, hes leading the way in NASAs quest to bring about a new level of scientific discovery, " Hughes said.
