Certains matériaux utilisés dans les applications aérospatiales tels que les polymères peuvent se dégrader et s'éroder avec une exposition prolongée à l'oxygène atomique, rayonnement ultraviolet, et des cycles de températures extrêmes dans l'espace. Aussi, parce que les engins spatiaux en orbite tels que la Station spatiale internationale voyagent à environ 18, 000 milles à l'heure, les micrométéoroïdes et autres débris spatiaux constituent de sérieuses menaces pour l'intégrité des structures spatiales légères composées de polymères et de leurs composites.

L'introduction de matériaux auto-cicatrisants qui incorporent des nanoparticules et des microparticules spécialement conçues pourrait fournir une solution plus durable pour les structures spatiales. Plusieurs laboratoires de l'Université de l'Illinois Urbana-Champaign ont travaillé ensemble pour relever ce défi, et pour la première fois, envoyé des matériaux d'auto-guérison en orbite pour des tests au laboratoire national de l'ISS.

« Les matériaux que nous utilisons sont de nouveaux nanocomposites, à base de polydicyclopentadiène thermodurcissable (pDCPD)-matrice mélangée à des composants auto-cicatrisants, qui peut être durci en quelques minutes à quelques heures par rapport aux polymères thermodurcissables traditionnels qui prennent des jours à durcir à l'intérieur d'un autoclave. Aussi, ces nouveaux matériaux à base de pDCPD se prêtent aux techniques de fabrication additive avec le potentiel de fabrication ou de réparation rapide de pièces là où elles se trouvent dans l'espace, " dit Debashish Das, chercheur postdoctoral au Département de génie aérospatial de l'UIUC.

Les professeurs Nancy Sottos et Ioannis Chasiotis sont financés par l'Air Force Office for Scientific Research et l'ISS National Lab pour développer des échantillons qui seraient montés dans trois directions différentes sur l'ISS, parce que chaque côté de l'ISS est exposé à des conditions avec différentes quantités de rayonnement ultraviolet et d'oxygène atomique :bélier, dans le sens de la marche ; réveillez-vous dans le sens de la fuite ; et le zénith, face à la terre.

En raison du coût élevé des expériences dans l'espace, chaque échantillon devait avoir à peu près la taille de la gomme sur le dessus d'un crayon. Dans tout, 27 échantillons ont été fixés sur trois plaques, chacun étant d'un pouce carré. Une fenêtre sur chaque échantillon permet l'exposition à l'environnement spatial.

Eric Alpine, étudiant diplômé en aérospatiale, et Michael Lembeck, professeur d'AE, ont utilisé leurs installations du laboratoire Talbot pour déterminer le contenu volatil des échantillons à exposer dans l'espace. Les échantillons ont été cuits sous vide poussé à 176 degrés Fahrenheit pendant 24 heures pour simuler des conditions spatiales accélérées. La perte de masse de tous les échantillons est restée dans la limite acceptable autorisée par la NASA.

Doctorat en science et génie des matériaux l'étudiante Kelly Chang et la chercheuse postdoctorale Mayank Garg, dans le groupe Systèmes de matériaux autonomes de l'Institut Beckman, développé les stratégies d'auto-guérison et fabriqué tous les échantillons.

"Basé sur une expérience antérieure à l'ISS par le groupe du professeur Chasiotis, nous savons que l'inclusion de nanoparticules de verre dans tous les échantillons améliorera la résistance à l'érosion, " dit Chang. " Dans le groupe du professeur Nancy Sottos, nous avons expérimenté un mécanisme plus actif pour résister aux dommages causés par l'érosion. Nous avons intégré des microcapsules, contenant des matières actives qui sont déclenchées lorsque l'oxygène atomique dans l'espace rompt les capsules et permet au noyau liquide de ces capsules de réagir.

Chang a déclaré qu'il existe également des échantillons qui ne contiennent pas les capsules et que ces échantillons serviront de témoins pour des expériences ultérieures. Les échantillons contiennent également de l'époxy standard de qualité aérospatiale à des fins de comparaison.

Das a dit que si ces polymères auto-cicatrisants réussissent dans l'espace, cela pourrait être un énorme avantage pour la fabrication dans l'espace. "C'est un objectif à long terme, " il a dit, "à fabriquer dans l'espace."

Garg a ajouté, « Si notre hypothèse selon laquelle ces nouveaux matériaux résistent à l'érosion pendant une période plus longue par rapport aux matériaux à base d'époxy se maintient, alors nous aurons une alternative aux marchés dominés par l'époxy pour l'espace, ainsi que des applications terrestres."