그래핀

그리스의 Adamant Composites와 함께 진행한 ESA 프로젝트에서는 그래핀(및 기타 나노 크기 재료)을 추가하여 위성의 열적 및 전기적 특성을 최적화할 수 있는 방법을 테스트했습니다.

공기가 없는 진공 상태의 우주는 위성이 뜨거움과 차가움을 동시에 느낄 수 있는 곳으로, 위성의 일부는 햇빛에, 나머지는 그늘에 놓이게 됩니다. 과학자들은 위성 본체 내부의 극한 온도를 최소화하기 위해 노력하고 있습니다. 열이 축적되면 부품이 정렬되지 않거나 심지어 좌굴될 수도 있기 때문입니다. 절연성이 높은 진공 조건에서 발생하는 또 다른 바람직하지 않은 결과는 위성 표면이 전하를 축적하여 결국 파괴적이거나 손상을 주는 방전 이벤트를 초래할 수 있다는 것입니다. 복합 재료는 점점 위성의 전통적인 금속 부품을 대체하고 있지만 이러한 폴리머 기반 재료는 열 및 전기 전도성이 낮아 이러한 문제를 더욱 복잡하게 만듭니다.

전통적으로 이러한 효과를 피하기 위해 임무 설계자는 히트 스트랩 및 파이프와 같은 전용 열 전도 인프라를 삽입하고 위성 주변의 금속 접지 스트립은 전도성 경로를 제공합니다.

보완 전략으로 그리스에 본사를 둔 Adamant Composites는 위성 패널을 만드는 데 사용되는 프리프레그 복합 재료와 인서트를 삽입하는 데 사용되는 접착제에 '나노 구현' 기반으로 그래핀 및 기타 2D 재료를 추가하는 ESA 프로젝트를 감독했습니다. 구조 부품을 함께 결합하거나 온보드 전자 장치를 결합합니다.

이 프로젝트는 ESA의 GSTP(일반 지원 기술 프로그램)를 통해 지원되었으며, 우주 및 공개 시장을 위한 유망 기술을 준비하고 있으며, Patras 대학의 Applied Mechanics Laboratory에서 재료 수준과 독일의 Beyond Gravity에서 수행한 테스트를 통해 수행되었습니다. 패널 수준 자격.

Adamant Composites의 상업 이사인 Athanasios Baltopoulos는 다음과 같이 설명합니다. "나노기술을 사용하여 이러한 구조적 복합 재료를 수정하여 열 및 전기적 성능을 높이는 것이 아이디어였습니다. 우리는 이전 활동에서 공간에 대한 개념을 입증했습니다."

Adamant Composites의 재료 및 프로세스 엔지니어인 Nicolas Blasakis는 다음과 같이 덧붙입니다. "우리는 이것이 원칙적으로 작동할 것이라는 것을 이미 알고 있었기 때문에 이것은 근본적인 연구는 아닙니다. 범위는 제품을 성숙시키고 그것이 산업 환경에서 작동할 수 있는지 검증하는 방향에 더 가까웠습니다. 적절한 산업 환경을 제공합니다."

프로젝트는 관련 재료 및 프로세스의 안정성을 특성화한 다음, 대표적인 기계 및 열 환경에서의 하드웨어 시연을 포함하여 결과 공간 구성 요소를 검증하는 것으로 시작되었습니다.

테스트를 위해 두 개의 0.5 x 1m 탄소 섬유 강화 폴리머(CFRP) 샌드위치 패널을 제작했습니다. 하나는 기존 재료를 사용하고 다른 하나는 나노 기반 등가물을 사용했습니다. 적절한 질량 더미를 조립하고 테스트 어댑터를 사용하여 두 패널 모두 관련 환경 조건을 시뮬레이션하는 진동 및 열 순환을 겪었습니다. 설정된 요구 사항을 충족하는지 확인하기 위해 '해머 테스트' 및 레이저 추적과 같은 추가 검사를 수행했습니다.

나노 기반 재료 사용의 열적 이점을 밝히기 위해 맞춤형 나사를 사용하여 패널의 표준 인서트에 열을 주입하고 진공 및 다양한 환경 온도에서 열의 전파를 연구하는 전용 소형 엔지니어링 모델이 개발되었습니다. X-선 단층촬영은 접착제 적용 공정의 균일성 측면에서 포팅 품질에 대한 추가적인 통찰력을 제공했습니다.

접착 소재에 그래핀을 첨가하면 전기 전도성이 수십 배 증가하는 동시에 열전도도가 3배 향상되고 구조적 성능이 유지됩니다. 동시에 CFRP는 두께 방향을 통해 복합재의 열전도도가 25% 증가한 것으로 나타났습니다. 패널 수준에서 이는 온도 차이를 크게 억제하여 열 구배를 절반으로 줄입니다.

Baltopoulos 박사는 다음과 같이 설명했습니다. "가장 중요한 것은 기술이 산업화를 향한 단계에 따라 잘 작동하고 실제 대량 프로젝트를 지원할 수 있으며 더 나아갈 준비가 되었다는 확인입니다. 우리가 이러한 나노를 사용한다면 -기술을 실제 임무에 적용하면 설계를 통해 중복된 열 및 전기 전도성 부품을 제거하여 질량을 줄이고 더 나은 제어를 가능하게 할 수 있습니다."