Espaçonave de grafeno pode ser impulsionada por luz

Com informações da New Scientist - 12/06/2015

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.

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.

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