NASA-astronauten Ricky Arnold utför underhåll på Advanced Colloids Experiment Module som finns inuti ljusmikroskopimodulen. Kredit:NASA
Om du tror att din jordgubbsgelé inte är relaterad till jordbävningar, Tänk om.
En ny undersökning av den internationella rymdstationen, Advanced Colloids Experiment-Temperature-10 (ACE-T-10), använder temperaturförändringar för att bättre förstå hur kolloider - eller "ordnade fasta ämnen" - åldras eller misslyckas. Att förstå denna stressavslappning i oordnade fasta ämnen kan ge tips om seismiska händelser på jorden. Detta experiment kan också gynna framtida utforskning av månen, Mars och bortom genom att ge insikt i materialfel.
Kolloider är material där nanopartiklar eller små droppar av ett material sprids i en vätska. Dessa mjuka material är vanliga i det dagliga livet; exempel är vispgrädde, gelé, sköljmedel, mjölk och lerigt vatten.
ACE-T-10 studerar kolloider där attraktionen mellan nanopartiklar blir starkare med ökad temperatur. I rumstemperatur, kolloiden beter sig som en vätska. När suspensionen värms till över cirka 40°C, partiklarna fastnar snabbt vid varandra, bildar ett stelt nätverk som kan upprätthålla sin egen vikt - en process som kallas gelning.
Ljusmikroskopimodulen (LMM) möjliggör ny forskning av mikroskopiska fenomen i mikrogravitation, med förmågan att på distans skaffa och ladda ner digitala bilder och videor över många nivåer av förstoring i 3D med hjälp av konfokalmikroskopi. Kredit:NASA
Detta liknar det som händer vid härdning av glas. Dock, snabb gelning ger spänningar i materialet som successivt slappnar av genom en kaskad av omstruktureringshändelser som liknar "mikrobävningar". Efterskalv inducerar så småningom större omstruktureringshändelser som involverar hela gelén. Dessa dramatiska omvälvningar av gelstrukturen kan förutsägas, åtminstone statistiskt sett, eftersom de förebådas av ett observerbart "skakigt" skede. ACE-T-10 konfokalmikroskopibilder som möjliggörs av rymdstationen kan tillåta forskare att lyfta fram bristningen av dessa mikroskopiska gelsträngar som förväntas ligga under dessa märkliga skakningar.
"Temperaturen spelar en dubbel roll i detta, " sade primärutredaren Roberto Piazza. "Det är faktorn som förändrar interaktionerna mellan partiklarna, få dem att hålla ihop; på samma gång, det är drivkraften som främjar gelens spontana omstrukturering. På jorden, dock, gravitationen fungerar som en extra stress på materialet som kan påverka hur gelén omstruktureras. Experiment i mikrogravitation är obligatoriska för att kvantifiera om gravitation (gelvikt) spelar en relevant roll eller inte."
Rymdstationens laboratorium ger också andra fördelar. "Rymdstationens ljusmikroskopimodul (LMM) i Fluids Integrated Rack gör det möjligt för forskare att kontrollera temperaturen på systemet och ger en 3D-struktur av materialet, sa Stefano Buzzaccaro, medutredare för ACE-T-10. "I samarbete med European Space Agency (ESA), vi utvecklar en ljusspridningsuppsättning som, i kombination med den konfokala LMM, ger oss allt vi behöver för att försöka förstå problemet med gelning."
I likhet med kolloider, Jordskorpan frigör också stress genom jordbävningar. ACE-T-10 skulle kunna ge insikt i händelserna som förutser dessa skalv, gör det möjligt för forskare att ge bättre prognoser om när de kan hända.
En kolloidal gel grovnar när dess temperatur höjs. Kredit:Stefano Buzzaccaro, Soft Matter Lab på Politecnico di Milano
Det kan också bidra till förutsägelser relaterade till produktens hållbarhetstid och fel på strukturella material på vägar och broar.
"Detta är särskilt viktigt när du är på Mars och du måste konstruera material med hjälp av Mars skorpa, " sade Buzzaccaro. "Du kan hitta en metod för att övervaka skadorna på materialet du använder och förutsäga dess misslyckande."
En tankeställare när du gör din nästa kolloid- och jordnötssmörsmacka.
