Un ingeniero de la NASA ha logrado otro hito en su búsqueda para promover una nanotecnología supernegra emergente que promete hacer que los instrumentos de las naves espaciales sean más sensibles sin aumentar su tamaño.

Un equipo dirigido por John Hagopian, un ingeniero óptico en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland., ha demostrado que puede hacer crecer una capa uniforme de nanotubos de carbono mediante el uso de otra tecnología emergente llamada deposición de capa atómica o ALD. El matrimonio de las dos tecnologías ahora significa que la NASA puede cultivar nanotubos en componentes tridimensionales, como deflectores y tubos complejos que se utilizan habitualmente en instrumentos ópticos.

"La importancia de esto es que tenemos nuevas herramientas que pueden hacer que los instrumentos de la NASA sean más sensibles sin hacer que nuestros telescopios sean cada vez más grandes". ", Dijo Hagopian." Esto demuestra el poder de la tecnología a nanoescala, lo cual es particularmente aplicable a una nueva clase de satélites diminutos menos costosos llamados Cubesats que la NASA está desarrollando para reducir el costo de las misiones espaciales ".

Desde que comenzó su esfuerzo de investigación y desarrollo hace cinco años, Hagopian y su equipo han logrado avances significativos en la aplicación de la tecnología de nanotubos de carbono a una serie de aplicaciones de vuelos espaciales. incluso, entre otras cosas, la supresión de la luz parásita que puede abrumar las señales débiles que se supone que deben recuperar los detectores sensibles.

Súper absorbencia

Durante la investigación, Hagopian afinó el material súper negro basado en nano, haciéndolo ideal para esta aplicación, absorbiendo en promedio más del 99 por ciento del ultravioleta, visible, luz infrarroja e infrarroja lejana que lo golpea, un hito nunca antes alcanzado que ahora promete abrir nuevas fronteras en los descubrimientos científicos. El material consiste en una fina capa de nanotubos de carbono de paredes múltiples de aproximadamente 10, 000 veces más delgado que un mechón de cabello humano.

Una vez que una novedad de laboratorio cultivada solo en silicio, el equipo de la NASA ahora cultiva estos bosques de tubos de carbono verticales en materiales de naves espaciales de uso común, como el titanio, cobre y acero inoxidable. Pequeños espacios entre los tubos recogen y atrapan la luz, mientras el carbono absorbe los fotones, evitando que se reflejen en las superficies. Debido a que solo una pequeña fracción de la luz se refleja en el revestimiento, el ojo humano y los detectores sensibles ven el material como negro.

Antes de hacer crecer este bosque de nanotubos en partes de instrumentos, sin embargo, Los científicos de materiales deben primero depositar una base altamente uniforme o una capa catalizadora de óxido de hierro que apoye el crecimiento de los nanotubos. Para ALD, Los técnicos hacen esto colocando un componente o algún otro material de sustrato dentro de la cámara del reactor y pulsando secuencialmente diferentes tipos de gases para crear una película ultrafina cuyas capas no son literalmente más gruesas que un solo átomo. Una vez aplicado, los científicos entonces están listos para cultivar realmente los nanotubos de carbono. Colocan el componente en otro horno y calientan la pieza a aproximadamente 1, 750 ° C (832 ° F). Mientras calienta el componente se baña en gas de materia prima que contiene carbono.

"Las muestras que hemos cultivado hasta la fecha tienen forma plana, "Explicó Hagopian." Pero dadas las formas complejas de algunos componentes del instrumento, queríamos encontrar una forma de hacer crecer nanotubos de carbono en piezas tridimensionales, como tubos y deflectores. La parte difícil es colocar una capa de catalizador uniforme. Es por eso que buscamos la deposición de capas atómicas en lugar de otras técnicas, que solo puede aplicar cobertura de la misma manera que rociaría algo con pintura desde un ángulo fijo ".

ALD al rescate

ALD, descrita por primera vez en la década de 1980 y luego adoptada por la industria de los semiconductores, es una de las muchas técnicas para aplicar películas delgadas. Sin embargo, ALD ofrece una ventaja sobre las técnicas de la competencia. Los técnicos pueden controlar con precisión el espesor y la composición de las películas depositadas, incluso en el interior de los poros y las cavidades. Esto le da a ALD la capacidad única de revestir dentro y alrededor de objetos 3-D.

El co-investigador de la NASA Goddard, Vivek Dwivedi, a través de una asociación con la Universidad de Maryland en College Park, ahora está avanzando en la tecnología de reactores ALD personalizada para aplicaciones de vuelos espaciales.

Para determinar la viabilidad de usar ALD para crear la capa de catalizador, mientras Dwivedi estaba construyendo su nuevo reactor ALD, Hagopian contrató a través del Science Exchange los servicios del Melbourne Centre for Nanofabrication (MCN), El centro de investigación de nanofabricación más grande de Australia. Science Exchange es un mercado comunitario en línea donde los proveedores de servicios científicos pueden ofrecer sus servicios. El equipo de la NASA entregó una serie de componentes, incluyendo un ocultor de forma intrincada utilizado en un nuevo instrumento desarrollado por la NASA para observar planetas alrededor de otras estrellas.

A través de esta colaboración, el equipo australiano afinó la receta para colocar la capa de catalizador; en otras palabras, las instrucciones precisas que detallan el tipo de gas precursor, la temperatura y la presión del reactor necesarias para depositar una base uniforme. "Las películas de hierro que depositamos inicialmente no eran tan uniformes como otros recubrimientos con los que hemos trabajado, así que necesitábamos un proceso de desarrollo metódico para lograr los resultados que la NASA necesitaba para el siguiente paso, "dijo Lachlan Hyde, Experto de MCN en ALD.

El equipo australiano lo logró, Dijo Hagopian. "Hemos cultivado con éxito nanotubos de carbono en las muestras que proporcionamos a MCN y demuestran propiedades muy similares a las que hemos cultivado utilizando otras técnicas para aplicar la capa de catalizador. Esto realmente nos ha abierto las posibilidades. Nuestro objetivo de finalmente aplicar casi se realiza un recubrimiento de nanotubos de carbono para las complejas piezas de los instrumentos ".