Wetenschappers stellen ruimteschip voor aangedreven op licht | Grafeen (graphene)
Wetenschappers stellen ruimteschip voor aangedreven op licht

Via het gebruik van lichtstralen – of lasers – waren wetenschappers al eerder in staat om kleine objecten van microscopische schaal – zoals atomen en moleculen, levende cellen, virussen, nanodeeltjes en nano geschaald grafeen – te vangen, bewegen, leviteren en aan te trekken op kleine ruimtelijke schaal. Roterende beweging werd eerder verworven bij een magnetisch leviterend schijfje grafiet van enkele millimeters groot dat bestraald werd met fotonen.

Wetenschappers aan de Nankai universiteit in Tianjin, China, willen nu een vervolg breien aan de resultaten van die eerder verschenen onderzoeken, met behulp van eigen middelen.

Ongeveer een jaar geleden verschenen details van een onderzoek met een soort “grafeen spons”, een materiaal gemaakt door hen door het fuseren van verfrommelde vellen grafeen oxide

Uit een recent verschenen artikel op Arxiv weet nu te blijken dat tijdens een ingreep – waar de onderzoekers laserstralen in gebruik namen om de grafeen spons te versnijden voor hun onderzoek – ze konden opmerken dat licht het materiaal voorwaarts kon stuwen. Wat vrij ongewoon was aangezien lichtbundels ingezet werden om enkele moleculen te verplaatsen, maar niet om een spons te propeleren van enkele centimeters groot.

De spons zelf is een gemodificeerde vorm van gestapelde enkellagen grafeen en over het algemeen kan de geknutselde grafeen spons ook gezien en behandeld worden als som van vele individuele grafeen vellen, zonder de optredende koppelingseigenschappen van de grafeen vellen zoals het geval is bij grafiet.

De onderzoekers brachten de spons aan in een vacuüm en gingen van start om laserstralen af te vuren met een verschillend gamma aan golflengte en intensiteit, wat mogelijk hield om stukken spons tot 40 centimeter op te duwen.

Door zonlicht te bundelen via een lens werd het zelfs mogelijk om beweging te scheppen in de spons uit koolstof.

Fotonen kunnen impulsen overbrengen op een object die het naar voor stuwen. Terwijl dit effect in het vacuüm van de ruimte genoeg stuwkracht kan opleveren om een ruimtevaartuig te verplaatsen, was in dit geval de kracht te groot om enkel de fotonen verantwoordelijk te houden.

(Normaal levert een foton tijdens de energie-uitwisseling in een materiaal een elektron op. In het geval van het wondermateriaal is dat geen één op één relatie maar levert dat extra elektronen op)

De onderzoekers wisten in hun experiment ook uit te sluiten dat er een lokale verbranding zou plaatsvinden in de spons vanwege de aanwezigheid van zuurstofatomen.

Yongsheng Chen en collega’s hebben vermoeden dat het grafeen de stralen weet te absorberen en lading opbouwt tot een zeker moment dit niet langer in bewaring kan en dan het extra aan elektronen zou vrijlaten. Dat zou de grafeen spons in tegengestelde richting drijven.

Het is nog grotendeels onduidelijk voor de wetenschappers waarom de elektronen niet alle kanten opgaan. Wat wel duidelijk begint te worden is dat bovengenoemde optische operaties op microschaal toegepast kunnen worden voor grotere objecten op macroscopische ruimtelijke schaal.

Daaruit kunnen belangrijke applicaties ontstaan, zoals dergelijke directe optische manipulatie van grotere objecten, waaronder zelfs het eerder voorgestelde zonnezeil en ruimteschepen die worden aangedreven door middel van lichtstralen of lasers en op die manier het toestel voortstuwen.

Het grafeen kan weerstaan aan enorm hoge temperaturen zonder verval, beschermen tegen radiatie en dergelijke aandrijfsystemen op licht zouden heel wat gewicht kunnen besparen bij de lancering. (Misschien gebeurt dat wel met een lift uit koolstofbuisjes)

Samengevat, de grafeen spons kan gebruikt worden om aandrijfsystemen te maken voor ruimtevaartuigen die worden aangedreven op enkel en alleen licht.

Bron: Arxiv


3D print schaalmodel structuur grafeen