Pesquisadores nos Estados Unidos demonstraram que um material semicondutor em nanoescala pode resistir a ambientes extremos. Conhecidos como nanofitas de grafeno, esses materiais poderiam ajudar a superar uma barreira importante para levar energia de fusão à rede elétrica, de acordo com pesquisadores da Universidade do Arizona.
Os pesquisadores montaram as nanofitas, conhecidas como GNRs, em dispositivos semicondutores e os expuseram à radiação gama. Seus resultados sugerem que as fitas poderiam servir como sensores de radiação para reatores de fusão e para o espaço profundo, onde a radiação intensa desafia as tecnologias existentes e o monitoramento próximo da decomposição de materiais poderia ajudar a operar sistemas críticos de maneira confiável.
Sensores baseados em nanofitas podem ajudar a desbloquear a energia de fusão
“Os dispositivos sobrevivem à exposição e ainda respondem, mas o seu desempenho elétrico muda drasticamente”, disse O investigador principal é Zafar Mutlu, professor assistente da Faculdade de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade do Arizona. “Este é exatamente o comportamento que queremos de um sensor.”
Sensores baseados em GNR poderiam ajudar a desbloquear a energia de fusão como uma fonte de energia limpa e quase ilimitada, melhorando a forma como os engenheiros monitoram a condição da primeira parede de um reator. Esta barreira mais interna separa o combustível superaquecido da estrutura do reator e degrada-se gradualmente sob intensa radiação, exigindo inspeção e substituição periódicas. Os engenheiros monitoram esses danos, mas os atuais sensores baseados em silício não conseguem sobreviver dentro da primeira parede. Em vez disso, eles devem ser mantidos fora do caminho, forçando-os a confiar em medições indiretas durante a operação e na inspeção física após o desligamento. De acordo com Um comunicado de imprensa.
Dado que a exposição gama deixou intacta a estrutura nuclear das fitas, ao mesmo tempo que produzia uma resposta eléctrica forte e mensurável, os investigadores sugerem que os sensores baseados na GNR poderiam eventualmente ser concebidos para operar mais perto do núcleo do reactor do que a electrónica actual – reduzindo potencialmente os encerramentos dispendiosos e aumentando o tempo da central para aumentar as medições de potência. operações, de acordo com o comunicado.
Publicado na revista ACS Applied Materials and Interfaces Estudar investigou a resposta estrutural e eletrônica de GNRs atomicamente específicos à radiação gama. GNRs de poltrona de nove átomos (9-AGNRs) foram sintetizados através de um método bottom-up na superfície, integrados em transistores de efeito de campo (FETs) e caracterizados antes e depois da exposição usando espectroscopia Raman e medições de transporte elétrico. A espectroscopia Raman indica preservação da estrutura inicial da rede GNR, com alterações espectrais sutis indicando oxidação induzida por radiação ou desordem local da rede.
A exposição à radiação pode fornecer informações mais específicas para o planejamento da manutenção do reator
Mutlu revelou que os minúsculos se comportam de acordo com as leis da física quântica, e não da física clássica. Na ausência de radiação, a corrente flui pela GNR de forma bem definida, conforme utilizado no estudo. As medições dos investigadores indicam que a radiação gama que passa pelo ar circundante cria moléculas reativas que alteram subtilmente as bordas das fitas sem alterar a sua estrutura geral. Nessa escala, os efeitos quânticos amplificam os efeitos de pequenas mudanças no transporte do sinal elétrico através do material, de acordo com o comunicado.
Os pesquisadores propõem que as mudanças desencadeiem um efeito quântico chamado localização de Anderson, que prende os elétrons portadores de carga no local e reduz drasticamente a corrente, criando sinais de exposição à radiação que podem fornecer informações mais precisas para o planejamento da manutenção do reator, segundo a equipe.
