211service.com
Nanosensori kosmosā
Ceļojot ārpus Zemes atmosfēras, ir ļoti svarīgi spēt adekvāti izmērīt dažādu gāzu līmeni, kas var iesūkties kosmosa kuģī. Briesmas ir īpaši nopietnas ilgstošu misiju laikā, kad gaisa padevē var uzkrāties piesārņotāji, apdraudot jebkura apkalpes locekļu veselību un sarežģītu instrumentu darbību. Zinātnieki plkst NASA Eimsas pētniecības centrs (ARC) un Godāras kosmosa lidojumu centrs cīnās ar šo problēmu ar jaunu ķīmisko nanosensoru, kas ir pirmais šāda veida nanosensors, kas tiek pārbaudīts kosmosā. Katrs sensors ir izgatavots no oglekļa nanocaurulēm vai nanovadiem, kas nodrošina augstu jutību.
Kosmosa sensori: NASA izstrādātais ķīmiskais nanosensors tika uzstādīts uz flotes satelīta Viduszvaigzne-1 un palaists kosmosā ar raķeti Atlas V (augšējais attēls). Nanosensora modulis (vidējais attēls) ir aptuveni 12 x 12 x 4 centimetri. Tajā ir datu iegūšanas panelis, paraugu ņemšanas sistēma, slāpekļa dioksīda tvertne un sensora mikroshēma (apakšējais attēls). Nanosensors ir viens centimetrs pa vienam centimetram liela silīcija plāksne, kurai ir 32 noteikšanas kanāli un kuras uztveršanai izmanto dažādus nanostruktūras materiālus.
Martā nanosensora mikroshēma, kas sver tikai pāris gramus, ceļoja kosmosā elektroniskā un mehāniskā iepakojumā uz Jūras akadēmijas klāja. Viduszvaigzne-1 satelītu, un tika pārbaudīts maija beigās. Saskaņā ar Jing Li, galvenais pētnieks un NASA Ames vecākais zinātnieks, sensors spēja izturēt intensīvus apstākļus, tostarp temperatūras un spiediena ciklus kosmosā, kā arī ārkārtējas vibrācijas un gravitācijas izmaiņas, kas rodas palaišanas laikā.
Ķīmiska sensora izgatavošana kosmosa ceļojumiem, izmantojot nanokomponentus, ir ļoti nozīmīga, saka Džozefs Steters, Mikrosistēmu inovāciju centra direktors. SRI International , Menlo Parkā, Kalifornijā. Tas ir vērtīgs veids, kā pieiet lietām un risināt problēmas kosmosā.
NASA zinātnieki uzbūvēja nanosensorus, pārklājot oglekļa nanocaurules ar dažādiem polimēriem, kas reaģē ar dažādām ķimikālijām, vai leģējot oglekļa nanocaurules un nanovadus ar dažādām katalītiskām metāla daļiņām, kas darbojas kā sensora materiāls. Mikroshēmā ir 32 sensoru kanāli; atkarībā no nosakāmās ķīmiskās vielas katrā kanālā tiek ievietoti dažādi nanostruktūru materiāli, oglekļa nanocaurules vai metāla oksīda nanovadi - pārklāti vai nepārklāti. Kad neliels daudzums mērķa ķīmiskās vielas pieskaras jutīgajiem materiāliem, tas izraisa reakciju, kuras rezultātā caur sensoru plūstošā elektriskā strāva palielinās vai samazinās. Dažādās atbildes veidos modeli, ko sensors var izmantot, lai identificētu gāzi.
Lai pārbaudītu nanosensoru, zinātnieki injicēja slāpekļa dioksīdu kamerā, kurā atrodas nanosensors. Kad slāpekļa dioksīds nonāca saskarē ar sensora materiāliem, sensors varēja izmērīt izmaiņas elektrībā, kas iet caur to. Līdz šim zinātnieki ir pārbaudījuši vairāk nekā 15 ķīmiskas vielas, tostarp amonjaku, ūdeņraža peroksīdu, hlorūdeņradi un formaldehīdu.
Oglekļa nanocauruļu izmantošanai ķīmisko vielu uztveršanai var būt ievērojamas priekšrocības, saka Jiri Janata , Džordžijas Tehnoloģiju institūta ķīmijas un bioķīmijas skolas profesors. Pirmkārt, nanostruktūras materiālu izmantošana palielina virsmas laukuma un tilpuma attiecību, ļaujot materiāliem absorbēt vairāk gāzes un tādējādi uzlabot jutību.
Papildus iespējamajai paaugstinātajai jutībai nanosensori ir cietvielu ierīces. Tas nodrošina sensora glabāšanas laiku līdz pieciem gadiem, salīdzinot ar esošo elektroķīmisko sensoru kalpošanas laiku no sešiem līdz divpadsmit mēnešiem.
Sensora mikroshēma ir viena centimetra kvadrātā. Savā elektroniskajā iepakojumā tas ir aptuveni 5,1 x 6,4 x 2,5 centimetri, un tas ir bezvadu: tas var pārraidīt sensoru datus no viena istabas stūra uz otru vai 30 metru attālumu. Zema jauda, mazs izmērs un viegls svars kosmosā ir ļoti svarīgi, saka Steters. Ideja ir tāda, ka mēs vēlamies vairāk funkcionalitātes mazākos iepakojumos, jo īpaši ņemot vērā izmaksas, lai kaut ko paceltu kosmosā.
NASA zinātnieki cer beidzot novietot nanosensoru uz kuģa, Starptautiskajā kosmosa stacijā un citos kosmosā paredzētos transportlīdzekļos. Kenedija kosmosa centra inženieri ir arī izrādījuši interesi par sensoru novietošanai palaišanas platformas zonā, lai uzraudzītu degvielas noplūdes un ķīmisko vielu izkliedi visā rādiusā.
Sensoru tehnoloģija ir gatava lietošanai kosmosā, saka Li, taču pirms tie var lidot misijā, tie būs jāmaina atbilstoši ķīmiskajām vielām, kuras NASA ir ieinteresēta atklāt. Sensoriem būs jāiziet arī NASA kosmosa kvalifikācijas process, kas pats par sevi var būt ilgs piedzīvojums.