Som en del av SpaceX:s CRS-19 återförsörjningsuppdrag till den internationella rymdstationen (ISS) som lanserades den 5 december, forskare från NASA, New Jersey Institute of Technology (NJIT) och New York University (NYU) ska påbörja en ny vetenskaplig undersökning för att undersöka hur en grupp mikroskopiska partiklar betraktade som viktiga "byggstenar" för material och produkter här på jorden, kända som kolloidala partiklar, bete sig och bildas utan gravitation.

Teamets experimentella nyttolast av kolloidala prover, som officiellt lade till vid stationen 8 december, kommer att användas för att för första gången studera vad som händer när kolloidala partiklar utsätts för temperaturförändringar i frånvaro av gravitation under rymdfärdsförhållanden under en serie experiment som ska genomföras senare i år, med titeln "Avancerat kolloidexperiment (temperaturkontrollerad) - ACE-T11."

Forskare säger att ACE-T11-tyngdkraftsexperimenten erbjuder en unik möjlighet att lära sig ny information om den fundamentala fysiken som driver det sätt på vilket kolloidala partiklar sprids och förblir suspenderade i medier som vätskor för att ändra deras egenskaper – potentiellt öppna nya dörrar i fältet av "kolloidal ingenjörskonst" som kan hjälpa tillverkningen av nästa generations material och produkter för att förbättra det dagliga livet, samt framgången för framtida långdistansflyguppdrag i rymden.

"De experimentella data vi samlar in i ISS kommer att göra det möjligt för oss att noggrant testa och validera teorier för fenomen som ligger bakom strukturbildning i kolloider på ett sätt som aldrig har gjorts tidigare, sa Boris Khusid, NJIT professor i kemi- och materialteknik och studiens huvudutredare. "Genom ACE-T11-experimenten, vi är glada över att lära oss påverkan av olika krafter som påverkar kolloidala partiklars rörelse, vilket drastiskt skulle kunna förkorta designcykeltiderna för apparater och processer för ett brett spektrum av nuvarande och framtida mark- och rymdtillämpningar."

Kolloider är ett system av nanometerstora föremål suspenderade i vilken kombination av gas som helst, flytande eller fasta medier, och är en av tre huvudtyper av blandningar tillsammans med lösningar och suspensioner. Vanliga exempel på kolloider inkluderar dimma eller dimma när vätskedroppar sprids i gasmedier, eller rök och damm när fasta kolloidala partiklar sprids i gas. Nyligen, guidad manipulation av kolloider har blivit ett utbrett sätt för tillverkning av funktionella material inom elektronik, fotonik, livsvetenskap, kemisk industri, och nyligen, 3d-utskrivning.

Medan det sätt på vilket olika kristallina, vätskeformiga och glasartade kolloida strukturer har ofta studerats på jorden för att främja sådana tekniska tillämpningar, tidigare forskning har varit begränsad delvis på grund av påverkan av oönskade gravitationsdrivna processer, såsom partikelsedimentering eller fastsättning.

I en kontrollerad, mikrogravitationsmiljö vid ISS, dessa partiklar kommer att röra sig 100, 000 gånger långsammare i förhållande till varandra än de skulle tillbaka på jorden, gör dem lättare att studera. Teamet kommer att använda sfäriska kolloidala partiklar märkta med en fluorofor som syntetiserades vid NYU och högupplöst konfokalmikroskopi på stationen för att observera hur partiklarna spridda i vätska synkroniserar sin rörelse för att bilda ett upprepande mönster när de gradvis introduceras till att öka och minska temperaturer.

Enligt NASA, experimenten – som kommer att fjärrstyras från NASA Glenn Center Control Room – skulle kunna förbättra hur astronauter producerar material på framtida rymduppdrag, potentiellt ha "stora konsekvenser för högupplöst 3D-utskrift eftersom de kan utöka antalet material som kan användas för att göra 3D-utskrivna objekt."

"Det slutliga målet är att belysa "hur ordning kommer spontant från oordning" genom att visualisera hur dessa individuella partiklar spontant bildar en kristallliknande regelbundenhet, upprepande mönster som förblir ordnade även när de förs tillbaka till jordens gravitation, ", sade Khusid. "Resultaten av experimenten kan främja utvecklingen av en strategi för kontroll och manipulation av kolloider vid den unika ISS-plattformen för 3-D-utskrift av material som inte kan replikeras av markbunden tillverkning."

SpaceX:s 19:e kommersiella leveransuppdrag lanserades på SpaceX Falcon 9-raketen och bars ombord på rymdfarkosten Dragon från Space Launch Complex 40 vid Cape Canaveral Air Force Station i Florida. ACE-T11-experimenten är bland uppdragets 2, 600 kg förnödenheter och nyttolaster som inkluderar kritiskt material för att direkt stödja dussintals av de mer än 250 vetenskapliga undersökningar och teknikdemonstrationer som planeras under expeditionerna 61 och 62 vid ISS.