Nanotech in Space:Experiment To Weather the Trials of Orbit

Nye nanomaterialer udviklet ved Rensselaer blev sendt i kredsløb den 16. november ombord på rumfærgen Atlantis.

Projektet, finansieret af U.S. Air Force Multi University Research Initiative (MURI), søger at teste ydeevnen af ​​de nye nanokompositter i kredsløb. Rumfærgen Atlantis vil transportere prøverne til den internationale rumstation (ISS). Materialerne vil derefter blive monteret på stationens ydre skrog i en Passive Experiment Carrier (PEC), og udsat for rummets strabadser.

Rensselaer professorer Linda Schadler, ved Institut for Materialevidenskab og Teknik, og Thierry Blanchet, af Institut for Mekanisk, Luftfart, og Nuklear Engineering, arbejdet sammen med et team af forskere fra University of Florida for at udvikle to forskellige typer eksperimentelle nanomaterialer. MURI-projektet og University of Floridas forskningsteam ledes af W. Greg Sawyer ’99, som fik sin bachelor, master, og doktorgrader fra Rensselaer og er nu N. C. Ebaugh-professor i Mechanical and Aerospace Engineering ved University of Florida. Blanchet var Sawyers doktorgradsrådgiver.

Det første nye materiale er et slidstærkt, lavfriktions nanokomposit, skabt ved at blande aluminiumoxidpartikler i nanoskala med polytetrafluorethylen (PTFE), som kommercielt er kendt som teflon. Schadler og hendes forskergruppe introducerede forskellige fluorcoatede nanopartikler i konventionel PTFE. Den lille mængde additiv fik slidhastigheden af ​​PTFE til at falde med fire størrelsesordener, uden at påvirke PTFE's friktionskoefficient. Slutresultatet er et stærkere, mere holdbar PTFE, der er næsten lige så nonstick og glat som ubehandlet PTFE.

Den opnåede fordel, Schadler sagde, er forskellen mellem PTFE, der kan overleve at glide langs en overflade i et par kilometer, før det slides væk, og en nanokomposit, der kunne glide hen over en overflade i mere end 100, 000 kilometer før den slides væk. PTFE bruges ofte til at belægge overfladen af ​​bevægelige dele i forskellige enheder. Jo mindre friktion på overfladen af ​​disse bevægelige dele, jo mindre energi kræves der for at flytte delene, sagde Schadler.

"Vi er meget glade for at få dette eksperiment installeret i ISS, og for at se, hvordan det nye materiale opfører sig i rummet, " sagde Schadler. "I et laboratoriemiljø, materialets slidhastighed er fire størrelsesordener lavere end ren PTFE, hvilket betyder, at den er betydeligt mere modstandsdygtig over for slid. Lige så vigtigt, disse fremskridt øger ikke materialets friktionskoefficient, hvilket betyder, at stigningen i holdbarhed ikke kommer på bekostning af at skabe ekstra friktion."

Fastgjort til stationen, som rejser omkring 27, 700 km/t, nanokompositprøven vil blive udsat for ultraviolet stråling, og temperaturer fra -40 grader til 60 grader Celsius. Nanokompositten vil blive monteret på et tribometer, udviklet af Sawyer, som vil måle friktionen af ​​materialets overflade. En kontrolprøve af materialet, beskyttet i et vakuumkammer i PEC, vil også blive testet. Apparatet sender data i realtid til ISS-laboratoriet, som igen vil blive sendt videre til forskerholdet.

Det andet sæt nanomaterialer, der skal sendes ud i rummet, er ledende polymer nanokompositter. Under indlæsningen af ​​tribometrene i PEC til rumfart, en mulighed opstod for også at teste ledningsevnen af ​​kulstofnanorør-fyldt polyamidimid og flydende krystallinske polymerer som funktion af rumeksponering. De ledende kompositter, udviklet af Schadler og tidligere Rensselaer postdoc-forsker Justin Bult - som nu er forsker ved U.S. Department of Energy National Renewable Energy Laboratory - skulle udvikles på mindre end en uge.

"Greg er på toppen af ​​sit spil, og det er vidunderligt at se de forskningsområder, han blev introduceret til som studerende her på Rensselaer, udvikle sig til et så vigtigt, højt profilerede eksperiment i den internationale rumstation, " sagde Blanchet. "Det faktum, at han samarbejder med Rensselaer-forskere, gør det endnu bedre."

Schadler og Blanchets nanokompositeksperimenter er det andet Rensselaer-projekt, der lanceres i rummet i år. I august, et eksperimentelt varmeoverførselssystem designet af Rensselaer-professorerne Joel Plawsky og Peter Wayner blev båret til ISS ombord på Space Shuttle Discovery. Projektet, kaldet Constrained Vapor Bubble (CVB), vil forblive installeret i ISS i op til tre år. Eksperimentet kunne give vigtig grundlæggende indsigt i arten af ​​varme- og masseoverførselsoperationer, der involverer en faseændring, såsom fordampning, kondensation, og kogende, samt tekniske data, der kan føre til udvikling af nye kølesystemer til rumfartøjer og elektroniske enheder.

Kilde:Rensselaer Polytekniske Institut (nyheder:web)