Araştırmacılar Uzay Yapıları için Kendi Kendini İyileştiren Malzemeler Geliştiriyorlar

Fotoğraf : Uluslararası Uzay İstasyonu’nun ön ucuna monte edilmiş sert bir polimer numunesi üzerinde atomik oksijen ve UV radyasyonunun kombine davranışının aşındırıcı etkisi

Polimerler gibi havacılık uygulamalarında kullanılan belirli malzemeler, ultraviyole radyasyon, atomik oksijen ve uzayda bulunan aşırı sıcaklık döngüsüne uzun süre maruz kaldıklarında aşınabilir ve bozulabilir.

Uluslararası Uzay İstasyonu gibi yörüngede dönen uzay araçları saatte yaklaşık 18.000 mil hızla hareket eder. Mikrometeoroidler ve diğer uzay enkazları, polimerlerden ve bunların kompozitlerinden yapılmış hafif uzay yapılarının bütünlüğü için ciddi bir tehdit oluşturur.

Illinois Üniversitesi’ndeki çeşitli laboratuvarlar bu sorunu çözmek için işbirliği yaptılar ve özel olarak tasarlanmış mikropartiküller ve nanopartiküllerden yapılmış kendi kendini iyileştiren malzemeler ile uzay yapıları için daha dayanıklı bir çözüm sundular.

Türünün ilk örneği olan bu kendi kendini iyileştiren malzemeler, ISS Ulusal Laboratuvarı’nda test edilmek üzere yörüngeye gönderildiler.

Kullandığımız malzemeler, bir otoklav içinde kürlenmesi günler süren geleneksel termoset polimerlere kıyasla dakikalar veya saatler içinde kürlenebilen, kendi kendini iyileştiren bileşenlerle karıştırılmış termoset polidisiklopentadien (DCPD) matrisine dayanan yeni nanokompozitlerdir.

Debashish Das, Doktora Sonrası Araştırmacı, Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bölümü, Illinois Üniversitesi

Das, “Ayrıca, bu yeni DCPD tabanlı malzemeler, parçaların uzayda oldukları yerde hızlı bir şekilde üretilmesi veya onarılması potansiyeline sahip eklemeli üretim tekniklerine uygundur” diye ekledi.

Hava Kuvvetleri Bilimsel Araştırma Ofisi ve ISS Ulusal Laboratuvarı, profesörler Nancy Sottos ve Ioannis Chasiotis’i örnekler oluşturmaları için finansal olarak destekliyor.

Uzayda deneyler yapmak çok pahalıdır, bu nedenle araştırmacılar bir kalemin üstündeki silginin büyüklüğü kadar örnekler oluşturdular. Her biri bir inç kare ölçen üç plakaya toplam 27 numune sabitlendi ve uzay ortamına maruz kalma, her numunenin üzerinde bir pencere ile sağlandı.

Havacılık yüksek lisans öğrencisi Eric Alpine ve AE akademisyeni Michael Lembeck, uzaya maruz bırakılacak örneklerdeki uçucu içeriği analiz etmek için Talbot Laboratuvarı’ndaki tesisleri kullandı. Araştırmacılar, hızlandırılmış uzay koşullarını simüle edebilmek için numuneleri 24 saat boyunca 176 °F’da ve yüksek bir vakum altında kuruttular. Tüm örneklerin kütlesindeki kayıp, NASA tarafından izin verilen kabul edilebilir sınır içindeydi.

Malzeme Bilimi ve Mühendisliği doktora öğrencisi Kelly Chang ve Beckman Enstitüsü’ndeki Otonom Malzeme Sistemleri Grubu’ndaki doktora sonrası araştırmacı Mayank Garg, kendi kendini iyileştirme yaklaşımlarını geliştirerek tüm örnekleri ürettiler.

Profesör Chasiotis’in Grubu tarafından ISS’de yapılan önceki bir deneye dayanarak, tüm numunelere cam nanopartiküllerin gömülmesinin aşınma direncini artıracağını biliyoruz. Profesör Nancy Sottos’un grubunda, aşınma hasarına mukavemet göstermek için daha aktif bir mekanizma deniyoruz.

Kelly Chang, Doktora Öğrencisi, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği, Beckman Enstitüsü

Chang, “Uzaydaki atomik oksijen, kapsülleri kırdığında ve bu kapsüllerin sıvı çekirdeğinin reaksiyona girmesine izin verdiğinde tetiklenen aktif maddeleri tutan mikrokapsüller yerleştirdik.” diye ekledi.

Chang ayrıca, kapsülleri içermeyen ve daha sonraki deneyler için kontrol görevi görecek örnekler olduğunu belirtti. Numuneler ayrıca karşılaştırma için standart havacılık sınıfı epoksi içeriyordu.

Das’a göre, bu kendi kendini iyileştiren polimerlerin uzaydaki başarısı, uzayda üretim için büyük bir destek olacak. “Bu, uzayda üretilecek uzun vadeli bir hedeftir.” diye ekledi.

Bu yeni malzemelerin epoksi bazlı malzemelere kıyasla daha uzun bir süre aşınmaya karşı direnç gösterdiği varsayımımız geçerli ise, o zaman dünya tabanlı uygulamaların yanı sıra uzay için epoksi ağırlıklı pazarlara bir alternatifimiz olacaktır.

Mayank Garg, Doktora Sonrası Bilim İnsanı, Özerk Malzeme Sistemleri Grubu, Beckman Enstitüsü

Kaynak: azom.com