スタンフォード大学とカリフォルニア大学バークレー校、宇宙で優れたグラフェンエアロゲルを生成する研究で協力

NASA の宇宙飛行士ウディ ホーバーグは、宇宙でグラフェン エアロゲルを合成することを目的としたスタンフォード大学の実験に取り組んでいます。

メディアクレジット: 画像提供：NASA

2023 年 8 月 24 日

ワロップス飛行施設（バージニア州）、2023 年 8 月 24 日 – グラフェン エアロゲルは、断熱性と導電性の両方を備えた驚くべき軽量素材です。 このため、バッテリーのエネルギー貯蔵の改善から、より優れた流出油の浄化方法、次世代の宇宙服に至るまで、幅広い用途での使用が魅力的です。 スタンフォード大学とカリフォルニア大学バークレー校の研究チームは、国際宇宙ステーション (ISS) 国立研究所を活用して、地球上で可能なものよりも高品質のグラフェン エアロゲルを製造しています。

今週、宇宙ステーションに搭乗したクルー6宇宙飛行士は、米国国立科学財団（NSF）から資金提供されたチームの調査作業を完了した。 この結果は、グラフェンエアロゲル合成の基礎となる物理学に対する新たな洞察を提供し、新規材料製品の開発につながる可能性があります。

スタンフォード大学の研究エンジニア、ジェシカ・フリック氏は、「宇宙ステーションの微重力環境を通じて、これまでアクセスできなかった材料科学の全く新しい領域を開拓できる」と述べた。

フリックは、スタンフォード大学の極限環境マイクロシステム研究所 (XLab) の一員です。 スタンフォード大学の航空学および宇宙航行学の准教授であるデビー・セネスキーによって考案されたこの XLab は、宇宙などの極限環境でも動作する、小型だが丈夫なエレクトロニクスの製造に焦点を当てています。 宇宙ステーションでの調査のため、フリックとセネスキーは、化学・生体分子工学の教授であるロヤ・マボウディアン率いるカリフォルニア大学バークレー校の研究グループと協力しています。 チームは、グラフェン エアロゲルの性質と、微小重力がその特性にどのような影響を与えるかをより深く理解することを目指しています。

この調査は、微小重力下でのグラフェンエアロゲル合成の最初のステップを実行するもので、ノースロップ・グラマンの第19次商業補給サービスミッション(NG-19)で開始された。 この結果は、将来の宇宙での製造や深宇宙ミッションに影響を与える可能性があります。

この調査は、ここで見られるサンプルと同様のグラフェン エアロゲルのサンプルを作成することを目的としています。

メディアクレジット: 画像提供：スタンフォード大学ジェシカ・フリック

グラフェン エアロゲルの製造は 2 段階のプロセスです。 最初のステップはゼリーを作るのとよく似ています。 研究チームは、ゼリーオーのゼラチン粉末と熱水を組み合わせるのと同じように、酸化グラフェンフレークを水溶液中で組み合わせました。 その後、酸化グラフェン溶液のサンプルが宇宙ステーションに送られました。 今週初めに、乗組員がサンプルを炉に入れ、そこで溶液が加熱されてグラフェンヒドロゲルが形成されます。 このプロセスには数時間かかり、ヒドロゲルが形成されると、宇宙飛行士は地球に持ち帰るためにサンプルを準備します。

サンプルが研究室に戻ったら、チームはプロセスの第 2 ステップを実行します。このステップでは、液体を除去し、グラフェン エアロゲルの形で空気だけを残します。 その後、チームはエアロゲルの特性を調査し、発見されたものを地上で生成されたグラフェンエアロゲルと比較する予定です。

プロセスの最初のステップが最も重要だとフリック氏は言います。 地球上では、重力によってグラフェン フレークが不均一に下に引っ張られ、ヒドロゲルに亀裂が生じる可能性があります。 これは、製造されるエアロゲルの品質に影響を及ぼし、導電性が低下したり、吸収率が低下したりする可能性があります。

「宇宙で生成されたグラフェンハイドロゲルから私たちが期待しているのは、地球上で見られる堆積の影響の抑制です」とセネスキー氏は述べた。 ハイドロゲルから製造されるグラフェンエアロゲルのサイズはわずか数ミリメートルですが、エアロゲルが地上のものよりも高品質であることをチームが証明できれば、生産を拡大してより大きなグラフェンエアロゲルを作成できる可能性があります。

Senesky 氏によると、エアロゲルには多くの優れた特性があり、さまざまな用途に理想的な材料となっています。 非常に多孔質であるため、濾過に適しています。 たとえば、NASA は、彗星から微細な塵粒子を捕捉するという同局のスターダスト ミッションでシリカベースのエアロゲルを使用しました。 シリカエアロゲルは、NASA の火星探査機や地球上のアウターウェアの断熱材としても使用されています。