麻省理工学院(MIT)的研究人员开发了一种新的3D打印技术，可以更容易地构建用于测量地球上层大气中冷、稠密等离子体的探测器。JavierIzquierdo-Reyes及其同事希望他们简单、低成本的方法可以将这一空间区域开放给更广泛的研究小组。
作为宇宙中最丰富的普通物质状态，等离子体是各种尖端技术应用的核心：从聚变反应堆到先进的材料合成。测量其独特特性的最佳地点之一是地球的高层大气——强大的太阳辐射将轨道电子从其原子中剥离出来。
自1950年代以来，研究人员使用称为“延迟电位分析仪”(RPA)的传感器来研究这种等离子体。这些探测器包含一堆带负电的电极网，孔仅比电子的静电影响大几倍。通过过滤等离子体中的电子，同时允许较大的正离子通过，RPA使研究人员能够直接测量大气等离子体中离子的能量分布，从而提供对其物理特性的有用见解。
然而，到目前为止，RPA面临着一个关键的限制。由于电子的静电影响随着温度的升高而增加，随着密度的降低而降低，因此在冷、致密的等离子体中它变得更小，这在高层大气中很常见。为了过滤掉这些电子，RPA网格必须包含尽可能小的孔，同时保持每个网格之间的精确对齐。
探测器通过电极网的绝缘外壳结构实现这种对齐，电极网将它们与RPA的金属外壳隔开。为了承受高层大气中剧烈且不可预测的温度波动，该外壳通常由先进的半导体材料制成。然而，随着RPA网格变得越来越精细，这些昂贵的材料必须加工成更高的精度和更复杂的形状——这会增加制造过程的时间、成本和复杂性。
为了克服这一挑战，Izquierdo-Reyes的团队转向了一种名为大桶聚合的3D打印技术。该方法首先涉及将平台降低到一大桶玻璃树脂中：一种耐用的玻璃陶瓷，可以承受非常高的温度并具有良好的真空兼容性。一旦平台被淹没在仅100µm厚的层中，该团队就会使用紫外线固化树脂。
通过重复该过程，研究人员可以逐层构建RPA外壳结构。与现有的陶瓷制造工艺相比，这产生了一种更坚固、更光滑、孔隙更少的低成本材料。反过来，陶瓷更适合承受极端的温度波动。
在展示了他们的方法的低成本和相对简单性之后，研究人员现在设想了新一代的小型RPA——它们比他们的前辈更适合研究冷等离子体，并且可以使用更少的功率运行。如果实现，这些传感器可以很容易地装在CubeSats上：尺寸仅为10厘米的微型卫星，可以作为辅助有效载荷装载在运载火箭上用于其他任务。反过来，世界各地的小型研究小组很快就会获得前所未有的机会来研究其自然栖息地中的血浆。