Çalışma, mikro yerçekiminde yüklü parçacıkların temel bir fiziksel özelliğinin anlaşılmasını ortaya koyuyor

Nagoya City Üniversitesi (NCU), Japan Space Forum (JSF), Advance Engineering Services (AES), Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) ve ANSTO’dan bir grup bilim adamı tarafından yürütülen bir araştırma, mikro yerçekimi ortamında yüklü parçacıkların bir kümelenmesini ortaya çıkardı. Uluslararası Uzay İstasyonu (ISS), fotonik materyallerin, geliştirilmiş ilaçların ve iki veya daha fazla yüklü parçacığın karışımına bağlı bir dizi yeni ve yenilikçi materyalin geliştirilmesine yönelik çıkarımlarla birlikte.

dergisinde yayınlanan deneysel çalışma, npj Mikro yerçekimive ISS’de gerçekleştirilen, mikron altı boyutlu yüklü koloidal parçacıkların Dünya’nın yerçekiminin varlığında ve yokluğunda nasıl etkileşime girdiğini belirledi.

ANSTO’nun baş bilim adamı ve ortak yazarı Dr. Jitendra Mata, “Birçok kimyasal ve fiziksel fenomen, büyük ölçüde iki parçacığın, özellikle yüklü parçacıklar ile nasıl etkileşime girdiğinin anlaşılmasına dayanır” dedi.

“En iyi örnek, koloidal parçacıkların, genellikle elmas kafesler olarak bilinen ve fotonik materyallerin üretilmesinde gerekli olan tetrahedral kümeler oluşturmasıdır. Kolloidal parçacıkların kendi kendine bir araya gelmesini kontrol etmek, fotonik, optoelektronikte kullanılabilecek yeni bir malzeme oluşturmamızı sağlar. algılama ve klinik teşhis.”

Dünya üzerindeki en ufak bir yerçekimi sedimantasyonunun ve konveksiyonun bile partikül etkileşimlerini ve bunların bir kolloid içindeki düzenini etkilediği iyi bilinmektedir. Bu, yükün etkisi hakkında önemli bilgileri engeller.

Bu bilgi aynı zamanda, daha yüksek kullanım ömrüne ve daha iyi etkinliğe sahip olacak daha iyi ilaç formülasyonlarının tasarlanmasına da yardımcı olabilir.

Bu çalışmada araştırmacılar, pozitif ve negatif yüklü daha hafif parçacıkları ve ağır parçacıkları seçtiler. Polistiren parçacıkları, yalnızca onları içeren sulu ortam kadar ağırdır ve titanya parçacıkları, ortamdan kabaca üç kat daha ağırdır.

Numuneler, etkileşimlerinden sonra çeşitli deneyler için Dünya’ya geri getirilebilmeleri için bir jel içinde hareketsizleştirildi.

Araştırma, uzayda daha hafif parçacıkların oluşturduğu kümelerin, dünyada oluşan kümelerden %50 daha büyük olduğunu ortaya koydu. Bu, daha hafif parçacıklar için beklenmediği için çığır açan bir bulgudur.

Titanyum gibi ağır parçacıklar için, Dünya’da hiç mümkün olmayan bir elektrostatik etkileşim ve küme oluşumu da doğrulandı.

Bu çalışma, numunelerin uzayda karıştırılması için deney düzeneğinin tasarlanması ve karıştırıldıktan sonra bu numunelerin sabitlenmesi açısından da bir mühendislik harikasına ihtiyaç duyuyordu.

Proje JAXA tarafından seçildikten sonra ekip, LED-UV ışığı kullanarak jeldeki kümelerin karıştırılmasına ve hareketsiz hale getirilmesine izin verebilecek özel yapım bir kurulum yapmak için birden fazla kuruluşla yakın bir şekilde çalıştı.

Japonya’da iki takım numune hazırlandı; biri Falcon roketi (Space-X) ve Dragon SpX-19 taşıyıcısı kullanılarak ISS’ye gönderildi ve diğeri bir yer deneyinde kullanıldı. ISS ekibi, örnekleri LED-UV ışığıyla kürlemeden önce karıştırmak için belirtilen prosedürü kullandı. Uzayda bir yıldan fazla zaman geçirdikten sonra, numuneler Dünya’ya iade edildi ve analiz için farklı enstitülere gönderildi.

Son teknoloji reaktör tabanlı iki alete ev sahipliği yapan ANSTO’ya bir dizi örnek geldi: Quokka—Small Angle Neutron Scattering (SANS) ve Kookaburra—Ultra Small Angle Neutron Scattering (USANS).

“Quokka ve Kookaburra, diğer tekniklerle incelenmesi çok zor olan, kümelerin yapısı hakkında benzersiz bilgiler sağlayan benzersiz araçlardır. Kontrast varyasyonu SANS ve USANS ile, kümeleme sürecindeki ayrı ayrı bileşenler hakkında bilgi elde etmek mümkün oldu.” dedi Dr.

Bu iki cihazdan elde edilen birleştirilmiş veriler, numunelerin kristal ortamından ödün vermeden ~1 nm ila 10 µm arasındaki koloidal parçacıkların yük-yük etkileşimi ve yapısal morfoloji hakkında önemli bilgiler sağlamıştır. Çalışma ayrıca matematiksel modelleme ve simülasyonlar dahil olmak üzere birçok başka tekniği de içermektedir.