Vissa material som används i rymdtillämpningar som polymerer kan brytas ned och eroderas vid långvarig exponering för atomärt syre, ultraviolett strålning, och extrema temperaturcykler i yttre rymden. Också, eftersom kretsande rymdfarkoster som den internationella rymdstationen reser vid ungefär 18, 000 miles per timme, mikrometeoroider och annat rymdskräp utgör allvarliga hot mot integriteten hos lätta rymdstrukturer som består av polymerer och deras kompositer.

Att introducera självläkande material som innehåller specialdesignade nanopartiklar och mikropartiklar kan ge en mer hållbar lösning för rymdstrukturer. Flera labb vid University of Illinois Urbana-Champaign arbetade tillsammans för att möta denna utmaning, och för första gången, skickade självläkande material i omloppsbana för testning vid ISS National Laboratory.

"Materialen vi använder är nya nanokompositer, baserad på värmehärdande polydicyklopentadien (pDCPD)-matris blandad med självläkande komponenter, som kan härdas på några minuter till timmar jämfört med traditionella härdplaster som tar dagar att härda inuti en autoklav. Också, dessa nya pDCPD-baserade material är mottagliga för additiv tillverkningsteknik med potential för snabb tillverkning eller reparation av delar precis där de är i rymden, " sa Debashish Das, en postdoktor vid institutionen för flygteknik vid UIUC.

Professorerna Nancy Sottos och Ioannis Chasiotis finansieras av Air Force Office for Scientific Research och ISS National Lab för att utveckla prover som skulle monteras vända mot tre olika riktningar på ISS, eftersom varje sida av ISS utsätts för förhållanden med olika mängd ultraviolett strålning och atomärt syre:ram, i färdriktningen; vakna i den bakre riktningen; och zenit, vänd bort från jorden.

På grund av de höga kostnaderna för att genomföra experiment i rymden, varje prov måste vara ungefär lika stort som radergummit ovanpå en penna. I alla, 27 prover fixerades på tre plattor, var och en är en tum kvadrat. Ett fönster över varje prov tillåter exponering för rymdmiljön.

Aerospace doktorand Eric Alpine och AE-fakulteten Michael Lembeck använde sina lokaler i Talbot Laboratory för att fastställa det flyktiga innehållet i proverna som ska exponeras för rymden. Proverna bakades under högvakuum vid 176 grader Fahrenheit i 24 timmar för att simulera accelererade rymdförhållanden. Massförlusten av alla prover förblev inom den acceptabla gränsen som tillåts av NASA.

Materialvetenskap och teknik Ph.D. student Kelly Chang och postdoktor Mayank Garg, i Autonomous Materials Systems Group vid Beckman Institute, utvecklade självläkande strategier och tillverkade alla prover.

"Baserat på ett tidigare experiment vid ISS av professor Chasiotis grupp, vi vet att inbäddning av nanopartiklar av glas i alla prover kommer att förbättra erosionsbeständigheten, " sade Chang. "I professor Nancy Sottos grupp, vi har experimenterat med en mer aktiv mekanism för att motstå erosionsskador. Vi bäddade in mikrokapslar, håller aktiva material som utlöses när det atomära syret i rymden spränger kapslarna och låter den flytande kärnan i dessa kapslar reagera."

Chang sa att det också finns prover som inte innehåller kapslarna och dessa prover kommer att fungera som kontroller för senare experiment. Proverna innehåller också standard epoxi för flyg- och rymdkvalitet för jämförelse.

Das sa att om dessa självläkande polymerer visar sig vara framgångsrika i rymden, det kan vara ett stort plus för tillverkning i yttre rymden. "Det är ett långsiktigt mål, " han sa, "att tillverkas i rymden."

Garg lade till, "Om vår hypotes att dessa nya material motstår erosion under en längre period jämfört med epoxibaserade material står sig, då kommer vi att ha ett alternativ till epoxidominerade marknader för rymd, såväl som jordbaserade applikationer."