Stel je een batterij van een mobiele telefoon voor die oplaadt bij elke stap die je zet, of een ruimtepak dat de verbruikte energie van astronauten gebruikt om de elektronica van het pak te laten werken. Een team van studenten die NASA-onderzoek deden naar dit innovatieve gebruik van nanotechnologie, bracht hun onderzoek naar nieuwe hoogten. Het team, bestaande uit Hannah Clevenson, Olivia Lenz en Tanya Wonder, vloog een experiment met betrekking tot hun nanotechnologie-onderzoek op een NASA-vlucht met verminderde zwaartekracht.

Het Reduced Gravity Student Flight Opportunities-programma in het Johnson Space Center van NASA in Houston biedt teams van niet-gegradueerde studenten de mogelijkheid om voor te stellen, ontwerp, fabriceer en vlieg experimenten op een speciaal vliegtuig met verminderde zwaartekracht. Het vliegtuig maakt een reeks steile beklimmingen gevolgd door steile duiken, parabolische bogen genoemd, resulterend in korte perioden van verminderde zwaartekracht.

Het experiment van het team onderzocht de eigenschappen van zinkoxide nanodraden geproduceerd in microzwaartekracht en vergeleek de resultaten met de eigenschappen van zinkoxide nanodraden geproduceerd in het laboratorium. Vooral, het team was geïnteresseerd in de effecten van verminderde zwaartekracht op de morfologie van de monsters.

De studenten namen deel aan NASA's Motivating Undergraduates in Science and Technology, of MOET, projecteren. NASA-ingenieur Tamra George begeleidde het team.

Volgens Hannah Clevenson en de samenvatting van het team, het is mogelijk dat langere en rechtere nanodraden, evenals een grotere hoeveelheid, kan worden geproduceerd in microzwaartekracht. Deze nieuwe en verbeterde nanodraden kunnen vervolgens voor verschillende toepassingen worden gebruikt, een van die verbeterde batterijen.

Clevenson, een student elektrotechniek aan Cooper Union in New York City, zei dat hoewel nanodraden van zinkoxide op veel manieren in het laboratorium zijn gekweekt, er is weinig onderzoek gedaan op het gebied van nanodraadgroei in microzwaartekracht.

"Nanodraden hebben het potentieel om in een breed scala aan toepassingen te worden gebruikt, van elektronische apparaten tot batterijen met een hoge capaciteit, " stelt de samenvatting van het team. "ZnO (zinkoxide) is erg goedkoop en heeft piëzo-elektrische eigenschappen, en dus een zeer gewenst materiaal. Wanneer een piëzo-elektrisch materiaal wordt benadrukt, er ontstaat een spanningsverschil over het materiaal. Dit soort materialen zou kunnen worden gebruikt om energie te oogsten die wordt verbruikt tijdens routinematige dagelijkse taken en mogelijk nuttig zijn als zeer compact, back-upenergiebronnen met laag vermogen voor zowel robots als astronauten op maan- of planetaire missies."

Teamlid Olivia Lenz zei dat mensen de hele tijd energie aan het milieu "verspillen" door gewoon te lopen of hun armen te bewegen. "Je kunt niet voorkomen dat deze energie ontsnapt, maar er is misschien een manier om het vast te leggen, 'opruimen', en laad vervolgens een kleine batterij op, " ze zei.

"In principe, het door ons ontwikkelde materiaal is piëzo-elektrisch, wat betekent dat wanneer u het buigt of spant, je vervormt de kristalstructuur en zorgt ervoor dat er een dipool ontstaat over de lengte van het materiaal. Eventueel, deze dipoolverandering kan worden benut en een elektrische stroom produceren die kan worden gebruikt om een ​​apparaat zoals je iPod of mobiele telefoon op te laden door te lopen. Dit onderwerp is belangrijk omdat het leden van het leger in de middle of nowhere in staat kan stellen hun elektronica op te laden zonder de zon of een generator nodig te hebben. Of, hetzelfde materiaal zou kunnen worden geïntegreerd in ruimtepakken om de elektronica te ondersteunen die astronauten bij zich dragen wanneer ze op een EVA zijn."

Tanya Miracle, studente Chemische Technologie van de Universiteit van Akron, voegde eraan toe dat een tweede voordeel van het zinkoxide-nanodraadonderzoek van het team het potentieel is voor het verbeteren van consumentenbatterijen. "Zinkoxide houdt tot 10 keer de lading van lithium vast, dus mogelijk zou het lithium kunnen vervangen dat in batterijen wordt gebruikt, Miracle zei. "Dit kan ofwel kleinere batterijen produceren die dezelfde hoeveelheid energie kunnen opslaan, of een batterij van dezelfde grootte, maar kan 10 keer zo lang meegaan. De elektrische auto-industrie zou dit gemakkelijk in hun voordeel kunnen gebruiken."

Een van de uitdagingen waarmee het team werd geconfronteerd, was dat de MUST-opdrachten van het team ervoor zorgden dat ze in verschillende NASA-centra werkten. Lenz en Clevenson waren beiden bij NASA's Ames Research Center in Moffett Field, Californië, terwijl Miracle in het Glenn Research Center van NASA in Cleveland was, Ohio. De meisjes moesten ondanks hun geografische verschillen manieren vinden om als een team samen te werken. "Op school, we hebben een projectmanagement- en teamwerkles die we moeten volgen, maar het managen van een project met teamleden honderden kilometers verderop is heel anders, "Zei Miracle. "Ik denk dat dit me echt heeft geholpen om een ​​betere projectmanager te worden en een betere onderzoeker in het algemeen. Ik weet nu hoe ik op een productieve en effectieve manier kennis over vele kilometers kan delen."

Een andere real-life les geleerd van de ervaring, Lenz zei, is hoe ingenieurs functioneren in de echte wereld, met harde deadlines en lastige experimentele apparatuur.

"Ik was er niet op voorbereid hoe vermoeiend het proces zou zijn in Houston, noch was ik voorbereid op het aantal problemen dat we tegenkwamen, " zei Lenz, die scheikunde studeert aan de Seattle Pacific University. "In principe, als het mis zou kunnen gaan, het ging mis! Elke dag ging ik uitgeput naar huis en niet zeker of we het in het vliegtuig zouden halen. Zelfs na onze eerste vliegdag moesten we het experiment uitladen en problemen oplossen! Blijkbaar, dit is wat echte ingenieurs elke dag doen."

Gefinancierd en beheerd door NASA, Motiverende studenten in wetenschap en technologie worden beheerd door het Hispanic College Fund. Het project kent beurzen en stages toe aan studenten die een graad in de wetenschap, technologie, techniek en wiskunde, of STEM, velden. Het ondersteunt het doel van NASA om het toekomstige personeelsbestand van het bureau en het land te versterken.