Nya nanomaterial som utvecklats vid Rensselaer skickades i omloppsbana den 16 november ombord på rymdfärjan Atlantis.

Projektet, finansierat av U.S. Air Force Multi University Research Initiative (MURI), försöker testa prestandan hos de nya nanokompositerna i omloppsbana. Rymdfärjan Atlantis kommer att bära proverna till den internationella rymdstationen (ISS). Materialet kommer sedan att monteras på stationens yttre skrov i en Passive Experiment Carrier (PEC), och utsatt för rymdens påfrestningar.

Rensselaer professorer Linda Schadler, vid institutionen för materialvetenskap och teknik, och Thierry Blanchet, vid Institutionen för mekaniska, Aerospace, och kärnteknik, arbetat med ett team av forskare från University of Florida för att utveckla två olika typer av experimentella nanomaterial. MURI-projektet och University of Floridas forskargrupp leds av W. Greg Sawyer ’99, som tog sin kandidatexamen, mästare, och doktorsexamen från Rensselaer och är nu N. C. Ebaugh professor i maskin- och flygteknik vid University of Florida. Blanchet var Sawyers doktorandrådgivare.

Det första nya materialet är ett slitstarkt, nanokomposit med låg friktion, skapad genom att blanda aluminiumoxidpartiklar i nanoskala med polytetrafluoreten (PTFE), som är kommersiellt känd som teflon. Schadler och hennes forskargrupp introducerade olika fluorbelagda nanopartiklar i konventionell PTFE. Den lilla mängden tillsats gjorde att slitagehastigheten för PTFE sjönk med fyra storleksordningar, utan att påverka PTFE:s friktionskoefficient. Slutresultatet är ett starkare, mer hållbar PTFE som är nästan lika nonstick och hal som obehandlad PTFE.

Den vunna fördelen, Schadler sa, är skillnaden mellan PTFE som kan överleva att glida längs en yta i några kilometer innan det slits bort, och en nanokomposit som kan glida över en yta i mer än 100, 000 kilometer innan den nöts bort. PTFE används ofta för att belägga ytan på rörliga delar i olika enheter. Ju mindre friktion på ytan av dessa rörliga delar, desto mindre energi krävs för att flytta delarna, sa Schadler.

"Vi är mycket glada över att ha detta experiment installerat i ISS, och för att se hur det nya materialet fungerar i rymden, sa Schadler. "I en laboratoriemiljö, slitagehastigheten för materialet är fyra storleksordningar lägre än ren PTFE, vilket innebär att den är betydligt mer motståndskraftig mot slitage. Lika viktigt, dessa framsteg ökar inte materialets friktionskoefficient, vilket innebär att den ökade hållbarheten inte kommer att ske på bekostnad av att skapa extra friktion."

Fäst på stationen, som reser vid cirka 27, 700 km/h, nanokompositprovet kommer att exponeras för ultraviolett strålning, och temperaturer från -40 grader till 60 grader Celsius. Nanokompositen kommer att monteras på en tribometer, utvecklad av Sawyer, som kommer att mäta friktionen på materialets yta. Ett kontrollprov av materialet, skyddas i en vakuumkammare i PEC, kommer också att testas. Apparaten kommer att skicka data i realtid till ISS-laboratoriet, som i sin tur skickas vidare till forskargruppen.

Den andra uppsättningen av nanomaterial som ska skjutas ut i rymden är ledande polymer nanokompositer. Under lastningen av tribometrarna i PEC för rymdfärder, en möjlighet uppstod att även testa ledningsförmågan hos kolnanorörsfyllda polyamidimid och flytande kristallina polymerer som en funktion av rymdexponering. De ledande kompositerna, utvecklad av Schadler och tidigare Rensselaer-postdoktor Justin Bult – som nu är forskare vid U.S. Department of Energy National Renewable Energy Laboratory – måste utvecklas på mindre än en vecka.

"Greg är på toppen av sitt spel, och det är underbart att se forskningsområdena han introducerades för som student här på Rensselaer utvecklas till ett så viktigt, högprofilerade experiment i den internationella rymdstationen, sa Blanchet. "Det faktum att han samarbetar med Rensselaer-forskare gör det ännu bättre."

Schadler och Blanchets experiment med nanokompositer är det andra Rensselaer-projektet som lanseras i rymden i år. I Augusti, ett experimentellt värmeöverföringssystem designat av Rensselaer-professorerna Joel Plawsky och Peter Wayner bars till ISS ombord på Space Shuttle Discovery. Projektet, kallad Constrained Vapor Bubble (CVB), kommer att förbli installerad i ISS i upp till tre år. Experimentet skulle kunna ge viktiga grundläggande insikter om karaktären av värme- och massöverföringsoperationer som involverar en fasförändring, såsom avdunstning, kondensation, och kokar, samt ingenjörsdata som kan leda till utvecklingen av nya kylsystem för rymdfarkoster och elektronikenheter.

Källa:Rensselaer Polytechnic Institute (nyheter:webb)