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Espaçonave de grafeno pode ser impulsionada por luz

Nave de grafeno pode ser impulsionada apenas por luz
A esponja, formada por folhas de grafeno, é grande demais para estar sendo movida apenas pela pressão dos fótons.[Imagem: Yingpeng Wu et al. - 10.1038/ncomms7141]

Empuxo da luz

Uma esponja de grafeno fabricada por cientistas chineses consegue transformar a luz em movimento, eventualmente formando a base de uma nave espacial que dispense o combustível dos foguetes tradicionais.

A estrutura plana e monoatômica do grafeno é muito forte e conduz eletricidade e calor muito bem.

A equipe do professor Yongsheng Chen, da Universidade de Nankai, queria investigar se arranjos maiores de carbono poderiam manter algumas dessas propriedades.

Para isso, eles misturaram milhares de pequenas folhas de grafeno para formar uma esponja de carbono puro.

Contudo, ao cortar a esponja de grafeno com um laser, eles notaram que a luz impulsionava o material para a frente. Lasers têm sido utilizados para empurrar e até puxar moléculas individuais e nanopartículas - os chamados raios tratores -, mas a esponja tinha vários centímetros de diâmetro, e deveria ser grande demais para se mover.

Para tirar a prova, a equipe colocou a esponja de grafeno sob vácuo e disparou lasers de diferentes comprimentos de onda e intensidades. A esponja não apenas se moveu linearmente, como foi levitada, vencendo a força da gravidade para subir até 40 centímetros.

O movimento foi obtido também com a luz solar concentrada e dirigida para a esponja com uma lente.

Nave de grafeno pode ser impulsionada apenas por luz
A esponja de grafeno foi levitada (a) e empurrada linearmente (b) por um laser e pela luz solar concentrada. [Imagem: Tengfei Zhang et al. (2015)]

Vela solar

A explicação para o movimento ainda é um enigma.

A equipe acredita que o grafeno absorve a energia dos fótons, acumulando uma carga de elétrons. Eventualmente essa carga atinge um limite crítico, e elétrons adicionais seriam liberados, empurrando a esponja na direção oposta.

De qualquer forma, o fato é que o material atua como uma vela solar, um conceito que vem sendo testado pelas principais agências espaciais do mundo, incluindo a NASA, ESA e JAXA.

As velas solares funcionam porque os fótons podem transferir momento para um objeto, empurrando-o para a frente. Embora o efeito seja muito pequeno, no vácuo do espaço ele é suficiente para mover uma nave espacial.

Ocorre que as forças medidas com a esponja de grafeno são grandes demais para serem geradas apenas pelos de fótons - a equipe também descartou a ideia de que o laser vaporizaria uma parte do grafeno, gerando o impulso ejetando átomos de carbono.

Motor espacial de grafeno

Por isso, a equipe acredita que a esponja de grafeno poderá ser usada para construir um sistema de propulsão paras naves espaciais movidas pela luz, mais eficiente do que as velas solares.

"Embora a força de propulsão ainda seja menor do que os foguetes químicos convencionais, ela já é várias ordens de grandeza maior do que a gerada pela pressão da luz," concluiu a equipe.

Bibliografia:

Macroscopic and direct light propulsion of bulk graphene material
Tengfei Zhang, Huicong Chang, Yingpeng Wu, Peishuang Xiao, Ningbo Yi, Yanhong Lu, Yanfeng Ma, Yi Huang, Kai Zhao, Xiao-Qing Yan, Zhi-Bo Liu, Jian-Guo Tian, Yongsheng Chen
arXiv
Vol.: 6, Article number: 6141
DOI: 10.1038/ncomms7141
http://arxiv.org/abs/1505.04254

Three-dimensionally bonded spongy graphene material with super compressive elasticity and near-zero Poisson’s ratio
Yingpeng Wu, Ningbo Yi, Lu Huang, Tengfei Zhang, Shaoli Fang, Huicong Chang, Na Li, Jiyoung Oh, Jae Ah Lee, Mikhail Kozlov, Alin C. Chipara, Humberto Terrones, Peishuang Xiao, Guankui Long, Yi Huang, Fan Zhang, Long Zhang, Xavier Lepró, Carter Haines, Márcio Dias Lima, Nestor Perea Lopez, Lakshmy P. Rajukumar, Ana L. Elias, Simin Feng, Seon Jeong Kim, N. T. Narayanan, Pulickel M. Ajayan, Mauricio Terrones, Ali Aliev, Pengfei Chu, Zhong Zhang, Ray H. Baughman, Yongsheng Chen
Nature Communications




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