Stanford et l'UC Berkeley collaborent à une enquête visant à produire un aérogel de graphène supérieur dans l'espace

L'astronaute de la NASA Woody Hoburg travaille sur une expérience de l'Université de Stanford visant à synthétiser un aérogel de graphène dans l'espace.

Crédit média : Image gracieuseté de la NASA

24 août 2023

WALLOPS FLIGHT FACILITY (VA), 24 août 2023 – L’aérogel de graphène est un matériau léger remarquable qui est à la fois thermiquement isolant et électriquement conducteur. Cela le rend attrayant pour une utilisation dans une grande variété d’applications, depuis l’amélioration du stockage d’énergie dans les batteries jusqu’aux meilleures méthodes de nettoyage des déversements d’hydrocarbures en passant par les combinaisons spatiales de nouvelle génération. Une équipe de chercheurs de l’Université de Stanford et de l’Université de Californie à Berkeley exploite le laboratoire national de la Station spatiale internationale (ISS) pour produire un aérogel de graphène de meilleure qualité que ce qui est possible sur Terre.

Cette semaine, les astronautes du Crew-6 à bord de la station spatiale ont terminé leurs travaux d'enquête, financés par la National Science Foundation (NSF) des États-Unis. Les résultats pourraient fournir de nouvelles informations sur la physique sous-jacente à la synthèse des aérogels de graphène et conduire au développement de nouveaux matériaux.

"Grâce à l'environnement de microgravité de la station spatiale, nous pouvons ouvrir un tout nouveau domaine de la science des matériaux auquel nous n'avons jamais eu accès", a déclaré Jessica Frick, ingénieur de recherche à Stanford.

Frick fait partie du laboratoire de microsystèmes pour environnements extrêmes de Stanford, ou XLab. Conçu par Debbie Senesky, professeure agrégée en aéronautique et astronautique à Stanford, le XLab se concentre sur la fabrication de composants électroniques minuscules mais robustes, capables de fonctionner dans des environnements extrêmes, comme l'espace. Pour leur enquête sur la station spatiale, Frick et Senesky collaborent avec un groupe de recherche de l'UC Berkeley dirigé par Roya Maboudian, professeur de génie chimique et biomoléculaire. L’équipe vise à mieux comprendre la nature de l’aérogel de graphène et comment la microgravité affecte ses propriétés.

L'enquête, qui exécutera la première étape de la synthèse d'aérogel de graphène en microgravité, a été lancée lors de la 19e mission de services de réapprovisionnement commercial de Northrop Grumman (NG-19). Les résultats pourraient avoir des implications pour la future fabrication dans l’espace ainsi que pour les missions dans l’espace lointain.

Cette enquête vise à produire des échantillons d’aérogel de graphène similaires à l’échantillon vu ici.

Crédit média : Image gracieuseté de Jessica Frick, Université de Stanford

La production d’aérogel de graphène est un processus en deux étapes. La première étape ressemble beaucoup à la fabrication de Jell-O. L’équipe de recherche a combiné des flocons d’oxyde de graphène dans une solution aqueuse, comme on combinerait de la poudre de gélatine et de l’eau chaude pour du Jell-O. Les échantillons de solution d’oxyde de graphène ont ensuite été envoyés à la station spatiale. Plus tôt cette semaine, les membres de l'équipage ont chargé les échantillons dans un four, où la solution sera chauffée pour former un hydrogel de graphène. Ce processus prend quelques heures, et une fois l’hydrogel formé, les astronautes prépareront les échantillons pour le retour sur Terre.

Une fois les échantillons de retour au laboratoire, l’équipe effectuera la deuxième étape du processus, qui consiste à éliminer le liquide et à ne laisser que l’air sous forme d’aérogel de graphène. L’équipe examinera ensuite les propriétés de l’aérogel et comparera ce qu’elle trouve avec l’aérogel de graphène produit terrestre.

La première étape du processus est la plus cruciale, explique Frick. Sur Terre, la gravité peut tirer les flocons de graphène de manière inégale, ce qui peut créer des fissures dans l'hydrogel. Cela pourrait affecter la qualité de l’aérogel produit, le rendant moins conducteur électrique ou ayant des taux d’absorption plus faibles.

"Ce que nous attendons de l'hydrogel de graphène produit par l'espace, c'est une diminution des effets de sédimentation que nous observons ici sur Terre", a déclaré Senesky. L'aérogel de graphène produit à partir de l'hydrogel ne mesurera que quelques millimètres, mais si l'équipe peut montrer que l'aérogel est de meilleure qualité que ses homologues terrestres, la production pourrait être augmentée pour créer des aérogels de graphène plus grands.

Selon Senesky, les aérogels possèdent de nombreuses qualités remarquables, ce qui en fait un matériau idéal pour une multitude d’applications. Ils sont extrêmement poreux, ce qui les rend parfaits pour la filtration. Par exemple, la NASA a utilisé un aérogel à base de silice dans le cadre de la mission Stardust de l'agence pour capturer les fines particules de poussière d'une comète. Les aérogels de silice ont également été utilisés comme isolant sur les rovers martiens de la NASA et dans les vêtements d'extérieur ici sur Terre.