Naarmate we verder de ruimte in reizen, slimme oplossingen voor problemen zoals defecten aan motoronderdelen en andere mogelijke ongelukken vormen een essentieel onderdeel van het planningsproces. 3d printen, of additieve fabricage, is een opkomende technologie die kan worden gebruikt om bedrijfskritieke onderdelen op maat te maken. Een integraal onderdeel van dit proces is begrijpen hoe deeltjesvorm, grootteverdeling en verpakkingsgedrag beïnvloeden het productieproces.

Het Advanced Colloids Experiment-Temperature-7-onderzoek (ACE-T-7) aan boord van het internationale ruimtestation ISS onderzoekt de haalbaarheid van het creëren van zelf-assemblerende microscopische deeltjes voor gebruik bij de productie van materialen tijdens ruimtevluchten. Deze microscopisch kleine deeltjes komen samen als bouwstenen om materialen te creëren met op maat gemaakte nanostructuren, waardoor wetenschappers de mogelijkheid hebben om de gedragseigenschappen van een materiaal te veranderen volgens een reeks instructies die in het deeltje zijn ingebed.

Het vermogen om materialen zelf te assembleren, en mogelijk zelfherstel na een storing, zal een belangrijk element zijn als we naar verre ruimtebestemmingen gaan, waar het meenemen van extra motoronderdelen en andere noodzakelijke items misschien geen optie is vanwege opslagbeperkingen aan boord van het ruimtevaartuig.

"Je zult poeders en colloïden moeten meenemen die bestaan ​​uit vorm- en groottespecifieke microscopische deeltjes die op verschillende manieren in elkaar passen; dan kan een machine deze nieuwe materialen gebruiken om vervangende onderdelen te maken, zodat mensen kunnen overleven en dingen kunnen repareren, " zei Paul Chaikin, hoofdonderzoeker van het onderzoek en een professor in de natuurkunde aan de New York University.

Door verschillende vormen van energie te gebruiken als "bedieningsknoppen, " Wetenschappers kunnen een code inbedden op nanoniveau van een materiaal, het verschillende instructies geven voor verschillende omstandigheden. In het geval van ACE-T-7, onderzoekers manipuleren de temperatuur om de assemblage en interacties van de deeltjes te regelen. Gesuspendeerd in een vloeibaar medium, deze deeltjes zijn ontworpen om op specifieke manieren aan elkaar te binden om 3D-kristallen te vormen bij blootstelling aan hoge of lage temperaturen.

"Bij één temperatuur de ene kristallisatiefase heeft de voorkeur en de andere, een andere kristallisatiefase heeft de voorkeur, " zei Stefano Sacanna van de New York University, een van de medeonderzoekers van het project. "In wezen is temperatuur een externe prikkel om de deeltjes op de juiste manier te leiden en te helpen binden. Het is een manier voor ons om ze te begeleiden of hun assemblage te beheersen."

Dit proces verschilt niet veel van hoe levende wezens in de natuur worden gemaakt - bouwstenen die aan elkaar worden geregen, zich gedragen volgens hun genetische code.

"We proberen de zelfassemblage van materie te begrijpen en dit mogelijk te gebruiken als een manier om nieuwe materialen te vervaardigen, ' zei Sacanna.

Op aarde, de zwaartekracht trekt alle kristallen naar de bodem van de container, niet toestaan ​​om te observeren. De microzwaartekrachtomgeving van het ruimtestation stelt onderzoekers in staat om te observeren hoe de kristallen groeien, evenals de effecten van de zwaartekracht op het onderzoek scheiden.

"In de microzwaartekrachtomgeving, de kracht op de deeltjes is bijna een miljoen keer kleiner, zodat ze in het vloeibare medium blijven hangen, en 3D-kristallen kunnen worden gekweekt en waargenomen zonder de schadelijke effecten van sedimentatie, " zei Andrew Hollingsworth van de New York University, een van de medeonderzoekers van het project.

Een beter begrip van hoe al deze deeltjes op elkaar inwerken, zal onderzoekers helpen deze wetenschap naar de aarde te brengen in de vorm van additieve fabricage, in een poging om evolueerbare materialen met optimale eigenschappen te creëren.