Tänk dig ett mobiltelefonbatteri som laddas för varje steg du tar eller en rymddräkt som använder astronauternas förbrukade energi för att driva kostymens elektronik. Ett team av studenter som bedriver NASA-forskning om denna innovativa användning av nanoteknik tog sin forskning till nya höjder. Laget, bestående av Hannah Clevenson, Olivia Lenz och Tanya Miracle, flög ett experiment relaterat till deras nanoteknologiska forskning på en NASA-flygning med reducerad gravitation.

Programmet Reduced Gravity Student Flight Opportunities på NASA:s Johnson Space Center i Houston erbjuder team av studenter möjligheten att föreslå, design, tillverka och flyga experiment på ett särskilt flygplan med reducerad gravitation. Flygplanet gör en serie branta stigningar följt av branta dyk, kallas paraboliska bågar, vilket resulterar i korta perioder med minskad gravitation.

Teamets experiment undersökte egenskaperna hos nanotrådar av zinkoxid producerade under mikrogravitationsförhållanden och jämförde resultaten med egenskaperna hos nanotrådar av zinkoxid producerade i laboratoriet. Särskilt, laget var intresserat av effekterna av minskad gravitation på morfologin hos proverna.

Studenterna deltog i NASAs motiverande studenter i vetenskap och teknik, eller MÅSTE, projekt. NASA-ingenjören Tamra George var mentor för laget.

Enligt Hannah Clevenson och teamets abstrakt, det är möjligt att längre och rakare nanotrådar, samt en större mängd, kan produceras i mikrogravitation. Dessa nya och förbättrade nanotrådar kan sedan användas för en mängd olika applikationer, en av dem som är förbättrade batterier.

Clevenson, en elingenjörstudent vid Cooper Union i New York City, sa att medan nanotrådar av zinkoxid har odlats på många sätt i laboratoriet, lite forskning har gjorts inom området för tillväxt av nanotrådar i mikrogravitation.

"Nanotrådar har potential att användas i ett brett spektrum av applikationer, från elektroniska enheter till högkapacitetsbatterier, " står det i lagets sammanfattning. "ZnO (zinkoxid) är mycket billigt och har piezoelektriska egenskaper, och därmed ett mycket önskvärt material. När ett piezoelektriskt material belastas, en spänningsskillnad skapas över materialet. Dessa typer av material kan användas för att skörda energi som används under rutinmässiga dagliga uppgifter och eventuellt vara användbar som mycket kompakt, energikällor med låg effekt för både robotar och astronauter på mån- eller planetuppdrag. "

Teammedlem Olivia Lenz sa att människor "slösar" energi till miljön hela tiden bara genom att gå eller röra armarna. "Du kan inte stoppa den här energin från att fly, men det kan finnas ett sätt att fånga det, "rensa" det, och ladda sedan ett litet batteri, " Hon sa.

"I grund och botten, materialet vi utvecklade är piezoelektriskt, vilket innebär att när du böjer eller spänner det, du snedvrider kristallstrukturen och får en dipol att utvecklas över materialets längd. Så småningom, denna dipolförändring kan utnyttjas och producera en elektrisk ström som kan användas för att ladda en enhet som din iPod eller mobiltelefon genom att gå. Detta ämne är viktigt eftersom det kan låta militärmedlemmar komma ut i mitten av ingenstans att ladda sin elektronik utan att behöva solen eller en generator. Eller, samma material kan integreras i rymddräkter för att hjälpa elektroniken att astronauterna bär på sin person när de är på en EVA. "

University of Akron kemiteknikstudent Tanya Miracle tillade att en andra fördel med lagets forskning om zinkoxid nanotrådar är potentialen för att förbättra konsumentbatterier. "Zinkoxid håller upp till 10 gånger laddningen av litium, så potentiellt kan det ersätta litium som används i batterier, Miracle sa. "Detta kan antingen producera mindre batterier som tillåter att samma mängd energi lagras eller ett batteri som är av samma storlek, men kan hålla tio gånger så länge. Elbilsindustrin skulle lätt kunna använda detta till sin fördel."

En av utmaningarna som teamet stod inför var att teamets MUST-uppdrag fick dem att arbeta på olika NASA-centra. Lenz och Clevenson var båda på NASA:s Ames Research Center i Moffett Field, Kalifornien, medan Miracle var på NASA:s Glenn Research Center i Cleveland, Ohio. Flickorna var tvungna att hitta sätt att arbeta tillsammans som ett team trots deras geografiska skillnader. "I skolan, vi har en projektledning och teamwork -klass som vi måste gå, men att hantera ett projekt med gruppmedlemmar hundratals mil bort är väldigt annorlunda, " sa Miracle. "Jag tror att detta verkligen hjälpte mig att lära mig att bli en bättre projektledare och en bättre forskare i allmänhet. Jag vet nu hur jag delar kunskap över många mil på ett produktivt och effektivt sätt. "

Ytterligare en läxa i verkligheten från erfarenheten, Lenz sa, är hur ingenjörer fungerar i den verkliga världen, med hårda deadlines och besvärlig experimentell utrustning.

"Jag var inte beredd på hur utmattande processen skulle bli när jag var i Houston, Jag var inte heller beredd på antalet problem som vi stötte på, "sa Lenz, som studerar kemi vid Seattle Pacific University. "I grund och botten, om det kan gå fel, det gick fel! Varje dag gick jag hem utmattad och osäker på om vi skulle hinna på planet. Även efter vår första flygdag fick vi lossa experimentet och felsöka! Tydligen, det är vad verkliga ingenjörer gör varje dag. "

Finansieras och förvaltas av NASA, Motiverande studenter i vetenskap och teknik administreras av Hispanic College Fund. Projektet delar ut stipendier och praktik till studenter som läser examen inom vetenskap, teknologi, teknik och matematik, eller STEM, fält. Det stöder NASA:s mål att stärka byråns och nationens framtida arbetskraft.