MXene: наноматериал, который сделает спутники легче и дешевле

Ученые из Университета Дрекселя и Университета Британской Колумбии работают над созданием более легких волноводов для спутниковых телекоммуникаций, используя 3D-печать и наноматериал MXene. Волноводы – ключевые элементы спутников, представляющие собой металлические трубы для направления радиоволн, однако они также являются одними из самых тяжелых компонентов, доставляемых на орбиту. Легкие волноводы могут снизить стоимость запусков и уменьшить выбросы парниковых газов, необходимых для запуска ракет, или увеличить количество устройств, которые ракета может доставить в космос.

Исследователи предложили использование покрытий из MXene, ультратонкого наноматериала, который обеспечивает проводимость неметаллическим компонентам, изготовленным методом 3D-печати. Открытие может существенно уменьшить вес волноводов без потери их функциональности. Волноводы играют роль трубопроводов для микроволн, направляя волны к приемникам и сохраняя мощность сигнала, что критично для качества телекоммуникационных услуг между объектами на Земле и в космосе.

Применение MXene в качестве покрытия для волноводов, изготовленных из пластика, позволило создать изделия, вес которых примерно в 8 раз меньше стандартных алюминиевых волноводов, при этом добавляя всего лишь десятую часть грамма к общему весу компонентов. Волноводы показали эффективность на уровне 81% по сравнению с алюминиевыми аналогами после одного цикла покрытия, что всего на 2,3% ниже производительности алюминия. Улучшение показателя возможно за счет изменения количества слоев покрытия или размера чешуек MXene, достигая максимальной эффективности передачи до 95%.

Исследователи отмечают, что покрытие MXene показало отличное сцепление с напечатанными 3D-принтере нейлоновыми волноводами благодаря совместимости их химических структур. MXene не только обещает новое поколение космической технологии, но и может найти применение на Земле, предлагая легкие и недорогие альтернативы металлическим компонентам в различных областях.

Перед внедрением на спутники волноводы, покрытые MXene, должны пройти тестирование и получить сертификацию для использования в космосе. Однако уже сейчас исследование указывает на значительный потенциал для следующего поколения космических технологий, снижая затраты и воздействие на окружающую среду при запусках в космос.