Sommige materialen die worden gebruikt in ruimtevaarttoepassingen, zoals polymeren, kunnen degraderen en eroderen bij langdurige blootstelling aan atomaire zuurstof, ultraviolette straling, en extreme temperatuurwisselingen in de ruimte. Ook, omdat in een baan om de aarde draaiende ruimtevaartuigen zoals het internationale ruimtestation ongeveer 18 uur reizen, 000 mijl per uur, micrometeoroïden en ander ruimteafval vormen een ernstige bedreiging voor de integriteit van lichtgewicht ruimtestructuren bestaande uit polymeren en hun composieten.

De introductie van zelfherstellende materialen die speciaal ontworpen nanodeeltjes en microdeeltjes bevatten, zou een duurzamere oplossing kunnen bieden voor ruimtestructuren. Verschillende laboratoria van de University of Illinois Urbana-Champaign werkten samen om deze uitdaging aan te gaan, en voor de eerste keer stuurde zelfherstellende materialen in een baan om te testen in het ISS National Laboratory.

"De materialen die we gebruiken zijn nieuwe nanocomposieten, op basis van thermohardende polydicyclopentadieen (pDCPD)-matrix gemengd met zelfherstellende componenten, die in een kwestie van minuten tot uren kan worden uitgehard in vergelijking met traditionele thermohardende polymeren die dagen nodig hebben om uit te harden in een autoclaaf. Ook, deze nieuwe op pDCPD gebaseerde materialen zijn vatbaar voor additieve fabricagetechnieken met het potentieel voor snelle fabricage of reparatie van onderdelen, precies waar ze zich in de ruimte bevinden, " zei Debashish Das, een postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek aan de UIUC.

Professoren Nancy Sottos en Ioannis Chasiotis worden gefinancierd door het Air Force Office for Scientific Research en het ISS National Lab om monsters te ontwikkelen die in drie verschillende richtingen op het ISS worden gemonteerd, omdat elke kant van het ISS wordt blootgesteld aan omstandigheden met verschillende hoeveelheden ultraviolette straling en atomaire zuurstof:ram, in de rijrichting; wakker worden in de slepende richting; en zenit, van de aarde afgekeerd.

Vanwege de hoge kosten van experimenten in de ruimte, elk monster moest ongeveer zo groot zijn als de gum op een potlood. In alles, 27 monsters werden op drie platen bevestigd, elk is één inch in het vierkant. Een venster over elk monster maakt blootstelling aan de ruimteomgeving mogelijk.

Aerospace afgestudeerde student Eric Alpine en LR-faculteit Michael Lembeck gebruikten hun faciliteiten in het Talbot Laboratory om het vluchtige gehalte te bepalen in de monsters die aan de ruimte worden blootgesteld. De monsters werden 24 uur onder hoog vacuüm bij 176 graden Fahrenheit gebakken om versnelde ruimteomstandigheden te simuleren. Het massaverlies van alle monsters bleef binnen de door NASA toegestane limiet.

Materiaalwetenschappen en techniek Ph.D. student Kelly Chang en postdoctoraal onderzoeker Mayank Garg, in de Autonomous Materials Systems Group van het Beckman Institute, ontwikkelde de zelfgenezende strategieën en fabriceerde alle monsters.

"Op basis van een eerder experiment in het ISS door de groep van professor Chasiotis, we weten dat het inbedden van glazen nanodeeltjes in alle monsters de erosieweerstand zal verbeteren, ' zei Chang. 'In de groep van professor Nancy Sottos, we hebben geëxperimenteerd met een actiever mechanisme om erosieschade tegen te gaan. We hebben microcapsules ingebed, met actieve materialen die worden geactiveerd wanneer de atomaire zuurstof in de ruimte de capsules scheurt en de vloeibare kern van deze capsules laat reageren."

Chang zei dat er ook monsters zijn die de capsules niet bevatten en deze monsters zullen dienen als controles voor latere experimenten. De monsters bevatten ook standaard epoxy van ruimtevaartkwaliteit ter vergelijking.

Das zei dat als deze zelfherstellende polymeren succesvol blijken te zijn in de ruimte, het zou een enorm pluspunt kunnen zijn voor productie in de ruimte. "Dat is een langetermijndoel, " hij zei, "te vervaardigen in de ruimte."

Garg heeft toegevoegd, "Als onze hypothese dat deze nieuwe materialen gedurende een langere periode bestand zijn tegen erosie in vergelijking met materialen op epoxybasis, stand houdt, dan hebben we een alternatief voor de door epoxy gedomineerde markten voor ruimte, evenals op aarde gebaseerde toepassingen."