Cercetători de la Massachusetts Institute of Technology (MIT) au dezvoltat o nouă tehnică de imprimare 3D care ar putea face mult mai ușoară construirea de detectoare pentru măsurarea plasmei reci și dense în atmosfera superioară a Pământului. Javier Izquierdo-Reyes iar colegii speră că abordarea lor simplă, cu costuri reduse, ar putea deschide această regiune a spațiului către o gamă mult mai largă de grupuri de cercetare.
Fiind cea mai abundentă stare a materiei obișnuite din univers, plasma este esențială pentru o gamă largă de aplicații tehnice de ultimă oră: de la reactoare de fuziune până la sinteza avansată de materiale. Unul dintre cele mai bune locuri pentru a măsura caracteristicile sale unice este în atmosfera superioară a Pământului – unde electronii care orbitează au fost îndepărtați de atomii lor de radiația solară puternică.
Începând cu anii 1950, cercetătorii au folosit senzori cunoscuți sub numele de „analizatori de potențial de întârziere” (RPA) pentru a studia această plasmă. Acești detectoare conțin un teanc de rețele de electrozi încărcate negativ, cu găuri de doar câteva ori mai mari decât influența electrostatică a electronului. Prin filtrarea electronilor din plasmă, permițând în același timp trecerea ionilor pozitivi mai mari, RPA-urile permit cercetătorilor să măsoare direct distribuția de energie a ionilor în plasma atmosferică - oferind informații utile asupra proprietăților sale fizice.
Până acum, însă, APR s-au confruntat cu o limitare cheie. Deoarece influența electrostatică a electronului crește odată cu temperatura și scade odată cu densitatea, aceasta devine mult mai mică în plasma rece și densă, așa cum se găsește pe scară largă în atmosfera superioară. Pentru a filtra acești electroni, rețelele RPA trebuie să conțină cele mai mici găuri posibile, menținând în același timp un aliniament precis între fiecare rețea.
Detectoarele ating această aliniere printr-o structură de carcasă izolatoare pentru ochiurile electrozilor, care le separă de carcasa metalică a RPA. Pentru a rezista la variațiile de temperatură drastice și imprevizibile din atmosfera superioară, această carcasă este de obicei realizată din materiale semiconductoare avansate. Cu toate acestea, pe măsură ce ochiurile RPA devin mai fine, aceste materiale costisitoare trebuie prelucrate atât cu o precizie mai mare, cât și în forme mai complicate - mărind timpul, costul și complexitatea procesului de fabricație.
Pentru a depăși această provocare, echipa lui Izquierdo-Reyes a apelat la o tehnică de imprimare 3D numită polimerizare în cuvă. Abordarea implică mai întâi coborârea unei platforme într-o cuvă de rășină vitrolit: o sticlă ceramică durabilă care poate rezista la temperaturi foarte ridicate cu o bună compatibilitate cu vidul. Odată ce platforma este scufundată într-un strat de doar 100 µm grosime, echipa folosește lumina UV pentru a întări rășina.
Imprimarea 3D face o capcană de atom rece mai mică și mai ușoară
Repetând procesul, cercetătorii ar putea construi structuri de locuințe RPA strat cu strat. Acest lucru a dus la un material ieftin, care a fost mai rezistent, mai neted și mai puțin poros decât ar fi posibil cu procesele existente de fabricare a ceramicii. La rândul său, ceramica era mult mai potrivită pentru a rezista la schimbările extreme de temperatură.
După ce au demonstrat costul scăzut și simplitatea relativă a abordării lor, cercetătorii au în vedere acum o nouă generație de RPA-uri miniaturizate – care sunt ambele mai potrivite decât predecesorii lor pentru a studia plasma rece și pot funcționa folosind mult mai puțină energie. Dacă se realizează, senzorii ar putea fi împachetați cu ușurință pe CubeSats: sateliți miniaturali care măsoară doar 10 cm diametru, care pot fi depozitați ca încărcături utile secundare la bordul vehiculelor de lansare pentru alte misiuni. La rândul lor, grupurile de cercetare mai mici din întreaga lume ar putea câștiga în curând o oportunitate fără precedent de a studia plasma în habitatul său natural.
Cercetătorii își descriu munca în Fabricarea aditivilor.
