Vi mô - trạng thái của vật chất gần trọng lực trải qua trên tàu vũ trụ và nền tảng quỹ đạo như Trạm không gian quốc tế (ISS) đã thay đổi về cơ bản cảnh quan của khoa học vật liệu và kỹ thuật. Bằng cách loại bỏ ảnh hưởng của trọng lực, các nhà nghiên cứu có thể quan sát và kiểm soát các quá trình vật lý được che giấu hoặc bị méo mó trên trái đất. môi trường đặc biệt này đã cho phép tạo ra các vật liệu với sự tinh khiết, đồng nhất, và các tính chất mới lạ, nhiên liệu chuyển đổi từ không gian sang y học. khi tiếp cận không gian trở nên thương mại hơn, các hàm ý cho việc sản xuất và phát triển sản phẩm trên đất ngày càng tăng lên đáng kể.

Ảnh hưởng cơ bản của vi trọng lực về hình dạng vật chất

Hiện tượng hấp dẫn như trầm tích, sự kết hợp nhiệt độ và áp suất thủy điện gần như bị loại bỏ trong sự chúc mừng vi mô. Sự thiếu vắng này cho phép các vật liệu hình thành dưới điều kiện khuếch tán, dẫn đến nhiều cấu trúc đồng nhất hơn. không có sự kết hợp dòng chảy, nhiệt độ và độ tăng trưởng tập trung trở nên dễ đoán hơn, cho phép kiểm soát chính xác hơn sự tăng trưởng tinh thể, sự tăng trưởng tinh thể và sự tách rời giai đoạn. kết quả là một lớp vật liệu với ít các yếu tố, sự hợp nhất và các đặc tính không thể tái tạo tốt trong trọng lực của Trái đất.

Ví dụ, trong một chất lỏng tan chảy trên Trái đất, sự khác biệt mật độ gây ra những thành phần nặng hơn và nhẹ hơn để tăng lên, tạo ra những thứ không tương đối nhỏ hơn. những khác biệt đó không đáng kể, do đó sự kết hợp hợp hợp hợp hợp lý với nhau. nguyên tắc này áp dụng rộng rãi: từ tinh thể protein cho đến những chất bán dẫn cao, chất lượng đạt được rất đáng kể.

Các cơ khí tại nơi làm việc: Sự tách rời, tính đàn hồi và sự căng thẳng bề mặt

Trong sự vận động vi mô, lực căng bề mặt và lực hút trên mặt đất trở thành chủ yếu đối với lực hấp dẫn. Sự thay đổi này cho phép các nhà nghiên cứu nghiên cứu nghiên cứu và khai thác hiện tượng như Maangoni convection - chảy theo dòng dốc trong sự căng thẳng bề mặt - thường được che đậy bởi lực hấp dẫn trên trái đất. Những cơ chế này có thể được khai thác để tạo ra vật liệu có cấu trúc vi mô được kiểm soát chính xác. Ví dụ, trong [FL: 0] hộp Khoa học biểu đồ [FL: 0] [FL] [FLT] [FT1] trên ISS], các nhà khoa học xử lý chất lỏng mà không có tính chất cản trở, dẫn đến vật liệu phân hủy nhiều nguyên liệu hợp nhất hơn.

Tăng trưởng tinh thể Protin: Một sự thành công trong cờ

Tại sao vi trọng lực sản xuất tinh thể cao hơn

Sự kết tinh của chất protin là thiết yếu để xác định cấu trúc phân tử thông qua sự phân tách tia X. trên Trái Đất, sự kết hợp hấp dẫn được tạo ra phá vỡ sự bổ sung có trật tự của các phân tử vào tử tinh thể, sản xuất những tinh thể nhỏ hơn, ít hoàn hảo hơn. trong sự lan truyền rộng, cho phép các tinh thể lớn hơn, hoàn hảo hơn, được sắp xếp theo thứ tự tinh thể chất lượng cao hơn để hình thành. những tinh thể chất lượng hạt nhân tiết lộ những chi tiết thường vô hình từ các mẫu trên Trái đất, dẫn đến thiết kế thuốc tốt hơn và sự hiểu biết cơ bản về sinh học.

Một số ví dụ đáng chú ý bao gồm các tinh thể [FLT:] protein ) ), [FLT: 3], và đã sản xuất các tinh thể [FLT:] chất đạm mà cung cấp các cấu trúc quan trọng cho phát triển dược phẩm. NASA's [FL:6] [FLT:] Thí nghiệm Crystal ProgC [FL:], [FL: 7] đã tạo ra các tinh thể giải quyết cao hơn so với các chất pha lê, hiệu quả hơn thiết kế của chất ức chế.

Ảnh hưởng thương mại và y học

Các công ty dược đã đầu tư vào các cơ sở chế biến protein vi sinh thông qua phòng thí nghiệm của Mỹ. Các công ty như ) và )Eli đã tiến hành các thí nghiệm trên trạm để cải thiện việc phân phối thuốc và hiệu quả.

Kim loại và hợp kim: mạnh hơn, đồng phục hơn

Sự siêu hình trong vi trọng lực đã sản xuất hợp kim với các tính chất chưa từng thấy. loại bỏ các lớp chuyển động làm suy yếu hình thái trên mặt đất. sự đồng tính này dịch ra để cải thiện sức mạnh cơ học, sự kháng cự mệt mỏi và hiệu quả co giật.

Nghiên cứu về các hợp kim không gian

  • Thí nghiệm phát triển nhiệt độ: ) tiến hành trên ISS để nghiên cứu mẫu củng cố. Kết quả là mô hình thông tin được dùng để cải thiện quá trình sản xuất trên Trái đất, giảm độ băng hoại và tăng cường năng lượng sản xuất.
  • Sự sản xuất kính kiểu Bulk Metallic:) kính kim loại thiếu cấu trúc tinh thể, cung cấp sức mạnh và độ đàn hồi đặc biệt. Độ bền vi mô giảm hiệu tinh thể trong thời gian làm mát, cho phép các mẫu vật lớn hơn, đồng nhất.
  • Đánh giá và bán trong vi trọng lực: ) Không có dòng chảy hấp dẫn, các kim loại nạp đầy đã lan rộng hơn dự đoán, dẫn tới các khớp mạnh hơn cho cả phần cứng không gian và các ứng dụng tiềm năng của Trái đất.

Cơ quan không gian Châu Âu Phòng thí nghiệm khoa học Matops ) trên trang ISS đã nâng cao sự hiểu biết của chúng tôi về quá trình củng cố, trực tiếp đưa vào kỹ thuật tuyển dụng công nghiệp.

Đa giác và tính toán: Các cấu trúc vi mô có đuôi

Đa dạng hóa trong vi trọng lực cho phép nhiều bọt đồng nhất, sợi kết hợp và màng. Trên Trái Đất, lực hấp dẫn làm bong bóng nổi lên và than đá tăng lên, tạo ra các lỗ hổng không đều. với vi trọng lực, bong bóng thậm chí còn phân tán, tạo ra bọt với các đặc tính cách cách nhiệt cao và cấu trúc. Tương tự, sự phân phối các sợi tiếp sức mạnh trong tổng hợp trở nên được kiểm soát hơn, tăng lực đẩy và tăng cường tổng thể.

Những vật liệu mới như [FLT:] được lợi ích từ việc xử lý vi trọng lực. Aerogels là những chất đặc siêu nhẹ, chất đặc có độ nhiệt cực lớn với cách nhiệt đặc biệt. sản xuất ra trái đất thường bị sụp đổ do trọng lực; độ lớn cho phép cho phép lớn hơn, đồng nhất hơn, có thể được sử dụng không gian đông máu, không gian nhiệt, và lưu trữ năng lượng.

Vật liệu quang thể và điện tử

Vi mô có thể tăng cường tinh thể cho quang học và điện tử ít hơn. Ví dụ, [FLT: 0] [FLT: 0] cho phép sự tăng cường của tinh thể [FLT: 1] tinh thể dùng trong máy dò tia gamma có xu hướng bị khuyết tật. Ví dụ, [FLT: 0] phát triển trên các giao thông ISS đã cải thiện đáng kể các tính chất chuyển động, dẫn đến khả năng phân giải phóng phóng bức xạ cao hơn để chụp ảnh và quét. Tương tự, [FL: 2] [Flicili] [Fli] phát triển các yếu tố cấu trúc không gian màu sắc thái] trong việc tăng cường các chất thải nhiệt, tạo ra các chất thải nhiệt, dẫn đến chất thải nhiệt độ cao hơn.

Thử nghiệm [FLT: 0] [FLT: 0] ZEUS (Zonal Ecracesis Under Space) ) và các nghiên cứu liên quan đã làm tiên phong việc tách các phân tử sinh học và nanopartcles, mở đường dẫn đến các vật liệu quang học và cảm biến mới.

Những tác động trên sản xuất và kỹ thuật được bảo vệ khỏi Trái đất

Kiến thức được chuyển từ nghiên cứu vi sinh học đang phân phối lại các loại vật liệu vật lý trên mặt đất theo những cách cụ thể. Sự hiểu biết được cải tiến từ các thí nghiệm làm vững chắc đã dẫn đến [FLT: 0] tốt hơn việc đúc khuôn cho lưỡi dao [FLT: 1], giảm tỷ lệ phế liệu và tăng hiệu suất động cơ. Mô hình phát triển từ các thí nghiệm không gian hiện nay được dùng để tối ưu hóa [FL:2) sự tăng cường [FL:] của các siêu hợp kim [FL:3], trực tiếp hưởng lợi ích của không gian và công nghiệp không gian và năng lượng.

Ngoài ra, các kỹ thuật tinh luyện trong tinh thể vi sinh học để tăng cường tinh thể protein đang được áp dụng trên trái đất phương pháp tổng hợp ) và [FLT:] sự kết tinh , bắt chước môi trường phân tán để cải thiện chất lượng tinh thể trong phòng thí nghiệm.

Triển vọng tương lai: Mở rộng mặt tiền

Trạm không gian thương mại và nhà máy sản xuất

Với sự xuất hiện của các trạm không gian thương mại [FLT:] của các công ty như không gian ), ) [FLT: 1], Nguồn gốc xanh , và [FLT:] không gian [FLT:]]], quyền truy cập vào vi mô- đun đang chuẩn bị trở thành thói quen. Các mô- đun sản xuất được dùng liên tục của vật liệu có giá trị cao như chất bán dẫn, chất liệu quang học và dược phẩm chuyên môn. Chi phí cho mỗi cân là để khởi động, làm cho các sản xuất nhỏ hơn, làm cho các sản phẩm có thể mở rộng hơn.

Sử dụng tài nguyên in-Simu (ISRU) và kỹ thuật không gian-Based

Nhiệm vụ làm từ lâu đến Mặt trăng và Sao Hỏa đòi hỏi phải sản xuất vật liệu địa phương. Trải nghiệm vi mô đang thông báo sự phát triển [FLT: 0] [FLT:] kỹ thuật ghi [FL:5], , , tái tạo , và [[FL:4] kỹ thuật ghi lại [FL:],] mà vận hành trong trọng lực giảm. Những cải tiến này là tối ưu cho sự hiện diện bền vững bên ngoài trái đất.

Tài liệu để có đủ không gian

Điều kiện khắc nghiệt của sự phóng xạ, quay xe hơi nhiệt, vật liệu quản lý nhiệt vi mô có thể chịu được cực đoan. Nghiên cứu vi mô cho phép sự sáng tạo các hợp chất với các lớp bảo vệ bức xạ, tự chữa lành, và các vật liệu điều khiển nhiệt hiệu quả cao. Ví dụ, [FLT: 0] Tế bào mặt trời [FLT: 0] entrav] tăng trưởng trong vi trọng lực cho thấy sự ổn định, khả năng điều khiển môi trường tương lai hiệu quả hơn.

Những thử thách và nỗ lực phối hợp

Mặc dù lời hứa còn lại, nhưng những chướng ngại quan trọng vẫn còn đó. Chi phí để phát hành vật liệu không gian và trả về các sản phẩm không gian và trả về cho trái đất vẫn còn hạn chế nhiều thí nghiệm. Hơn nữa, những khó khăn thực tế của các thiết bị điều hành [FLT: 1], [FT:], tránh nhiễm bẩn [FL:], [FL:], [FL:], [T], [T], [T], [T],], [T],], [X:],] [X: 1],] và [L] [L] [T] [TL],] [TL],],] [T],],], và [T] [T] [T] [T],],],] [T],],],] [T],],], và [T] các cơ sở khoa học khoa học [T] sẽ trở lại.

Những chương trình như Phòng thí nghiệm khoa học quốc gia Hoa Kỳ [S.S. ) tích cực tìm kiếm những đề xuất nghiên cứu giá trị từ sự tăng trưởng vững chắc và tinh thể. Khi các quốc gia và các thực thể riêng vào đấu trường, tốc độ khám phá vật liệu tăng tốc.

Kết luận: Một kỷ nguyên mới cho sự đổi mới vật chất

Vi mô còn hơn cả sự tò mò về bay không gian - nó là một công cụ mạnh mẽ để suy nghĩ lại về cách các vật liệu được tạo ra. sự thiếu hụt trọng lực vạch trần vật lý cơ bản có thể khai thác để sản xuất ra kim loại tốt hơn, tinh khiết hơn, tinh khiết hơn nhiều chất đồng nhất và hợp chất tối tân hơn. tác động đã được cảm nhận trên Trái Đất - trong nghiên cứu y học, sản xuất, hiệu quả sản phẩm, và hiệu suất sản phẩm chỉ là sự bắt đầu mở rộng cơ sở hạ tầng và sự hợp tác quốc tế, thập kỷ tới sẽ chứng kiến lũ vật liệu mới được tạo ra trong không gian và trên không gian.