美国宇航局工程师在新兴纳米技术方面取得新的里程碑


美国国家航空航天局工程师已经取得了另一个里程碑,他的追求推进新兴的超黑色纳米技术,承诺使航天器仪器更敏感,而不扩大其规模。

由美国宇航局戈达德太空飞行中心(位于马里兰州Greenbelt)的光学工程师John Hagopian领导的研究小组已经证明,它可以通过使用另一种新兴的技术(称为原子层沉积或ALD)来生长均匀的碳纳米管层。现在两种技术的结合意味着NASA可以在三维元件上生长纳米管,例如光学仪器中常用的复杂挡板和管子。澳大利亚墨尔本纳米加工中心原子层沉积专家Lachlan Hyde与该组织的两个ALD系统之一合作。图片来源:MCN

Hagopian说:“这样做的意义在于,我们拥有新的工具,可以使NASA仪器更加灵敏,而不会使我们的望远镜变得越来越大。 “这证明了纳米级技术的力量,特别适用于新一类名为Cubesats的低成本小型卫星,美国宇航局正在开发该技术以降低空间任务的成本。”

自从五年前开始研究和开发工作以来,Hagopian和他的团队已经在将碳纳米管技术应用于许多航天应用方面取得了重大进展,其中包括抑制杂散光,这种杂散光可以压倒敏感探测器应该检索的微弱信号。

超吸收性

在研究过程中,Hagopian调整纳米超黑材料,使其成为理想的应用,平均吸收99%以上的紫外线,可见光,红外线和远红外线,打击它 - 一个前所未有的里程碑,现在有望开辟科学发现的新领域。这种材料由多层碳纳米管薄层组成,比人的头发细约10,000倍。

澳大利亚墨尔本纳米加工中心使用原子层沉积技术将催化剂层应用于遮光罩。图片来源:NASA

一旦实验室的新鲜事物只能在硅片上生长,美国国家航空和宇宙航行局(NASA)团队现在就在常用的航天器材料(如钛,铜和不锈钢)上生长这些垂直碳管的森林。碳管之间的微小空隙收集和捕获光,而碳则吸收光子,防止它们反射离开表面。因为只有一小部分光线从涂层反射出来,所以人眼和敏感的探测器将材料视为黑色。然而,在仪器部件上生长这种纳米管的森林之前,材料科学家必须首先沉积高度均匀的支撑纳米管生长的氧化铁基础或催化剂层。对于ALD,技术人员通过在反应室内放置一个元件或其他基底材料,并连续脉动不同类型的气体来创建超薄膜,其层厚度不会比单个原子厚。一旦应用,科学家就准备好实际生长碳纳米管。他们把组件放在另一个烤箱里,把零件加热到大约1,832℉(750℃)。当它加热时,组件被浸在含碳原料气中。

Hagopian解释说:“迄今为止我们生产的样品是扁平的。 “但是考虑到一些仪器部件的复杂形状,我们想要找到一种方法来在三维部件上生长碳纳米管,如管道和挡板。艰难的部分是铺设一个统一的催化剂层。这就是为什么我们看原子层沉积,而不是其他技术,它们只能以相同的方式应用覆盖率,从固定角度喷涂涂料。“

ALD到救援

ALD,首先在20世纪80年代以后被半导体行业采用,是应用薄膜的许多技术之一。然而,ALD比竞争技术提供了优势。技术人员可以精确地控制沉积膜的厚度和成分,甚至可以深入孔内和孔洞。这使得ALD具有在三维和三维周围涂层的独特能力 对象。

美国国家航空航天局戈达德合作研究人员Vivek Dwivedi通过与马里兰大学帕克学院的合作,正在推进为航天应用定制的ALD反应堆技术。

为了确定使用ALD创建催化剂层的可行性,Dwivedi正在建造新的ALD反应器,Hagopian通过科学交流中心参与了澳大利亚最大的纳米加工研究中心墨尔本纳米加工中心(MCN)的服务。科学交流是科学服务提供商可以提供服务的在线社区市场。美国国家航空和宇宙航行局(NASA)团队提供了许多组件,其中包括用于观测其他恒星周围行星的新型NASA开发的仪器中的复杂形状的遮蔽物。

通过这次合作,澳大利亚团队调整了放置催化剂层的配方 - 换句话说,详细说明了前驱体气体类型,反应堆温度和沉积均匀基础所需的压力。 MCN的ALD专家Lachlan Hyde说:“我们最初存放的铁片不像我们曾经使用过的其他涂层一样统一,所以我们需要一个有条不紊的开发流程来实现NASA下一步所需的结果。

Hagopian说澳大利亚队成功了。 “我们已经成功地在我们提供给MCN的样品上生长了碳纳米管,并且他们的性能非常类似于我们使用其他催化剂层技术生长的碳纳米管。这真的为我们打开了可能性。我们最终将碳纳米管涂层应用于复杂仪器零件的目标已基本实现。“

来源:美国国家航空航天局