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美开发出仅原子大小石墨烯传感器

发布时间:2019-08-15 17:04:00

  据物理学家组织12月5道,美国航空航天局(NASA)开发出只有原子大小的基于石墨烯材质的微型,用以检测地球高空大气层的微量元素,以及航天器上的结构性缺陷。

  NASA戈达德太空飞行中心技术专家苏丹娜说,两年前其研究团队就开始以石墨烯为基础研究开发制造纳米大小的探测器,以探测大气层上空的原子氧和其他微量元素,从飞机机翼到航天器总线一切的结构性压力。该中心机械系统分部首席助理杰夫 斯图尔特说: 石墨烯酷的是其自身属性,这为研究提供了大量的可能性。坦率地说,我们才刚刚开始。

  一年多以前,苏丹娜的团队开始研发基于化学气相沉积(CVD)技术的石墨烯设备。他们在一个真空室中放置一个金属基体并注入气体,生成所需的薄膜。现在,该团队已可以成功地生产出高品质的石墨烯片。苏丹娜说: 这种材料有前景的应用之一是作为一种化学传感器。

  现在,该研究团队开发出小型化、低质量、低功耗石墨烯传感器,可以测量大气层上空中的氧原子量。而大气层上空中的氧原子量来自于太阳紫外线辐射分解氧分子时所创建,其生成的相关元素具有高度腐蚀性。当卫星飞过大气层上空,会受到这种化学物质以每秒约5英里(约8公里)的时速攻击,从而严重破坏航天器的常用材料,如聚酰亚胺薄膜。

  虽然科学家们相信氧原子组成了低地球轨道上稀薄大气层的96%,但是在测量其密度和更准确地确定其在大气阻力中的作用时发现,其可能导致轨道航天器过早地失去高度降至地球。研究人员说: 我们仍然不知道氧原子在航天器上创建的拖曳力的影响;不知道原子与航天器之间转移的动量是多少,而这是很重要的,因为工程师可根据这种影响来评估航天器的寿命,以及飞船在重新回到地球大气层之前会飞多长时间。

  苏丹娜表示,石墨烯传感器对此提供了一个很好的解决方案。当石墨烯吸收氧原子,材料的电阻会产生变化,石墨烯传感器可迅速测量出一个更精确的密度。 这真令人兴奋,我们希望可以计算频率阻值的变化,大大简化测量氧原子的操作步骤。

  苏丹娜说,这种化学传感器不只可以测量氧原子,也可测量甲烷、一氧化碳和其他行星的气体,以及从行星内部释出的气态物质。

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