ENGINEERINGNET.BE - 3D-geprinte nikkel-titanium-micropilaren zijn ontworpen als functionele slimme huiden: oppervlakken met een microstructuur die kunnen reageren op externe prikkels.
Deze structuren reageren op aangelegde elektrische velden, waardoor het mogelijk wordt om het gedrag van vloeistoffen aan het oppervlak actief te sturen.
De paraboolvlucht aan boord van het Air Zero G-vliegtuig, geëxploiteerd door Novespace, bood een unieke kans om deze structuren binnen enkele seconden bloot te stellen aan afwisselende fasen van microzwaartekracht, hyperzwaartekracht en normale zwaartekracht.
Tijdens de vlucht richtte het team zich op experimenten met koken in stilstaande vloeistof. Daarbij onderzochten de onderzoekers hoe bellen ontstaan, groeien en loskomen onder verschillende niveaus van zwaartekracht.
"Koken wordt sterk beïnvloed door zwaartekracht,’ aldus onderzoeksleider Davoud Jafari van de Nederlandse UTwente. ‘In microzwaartekracht verandert het ontbreken van opwaartse kracht fundamenteel de manier waarop warmte wordt overgedragen."
Een belangrijk doel van het onderzoek was om te begrijpen of elektrische velden deze zwaartekrachtafhankelijke effecten kunnen compenseren.
Door gecontroleerde elektrische velden toe te passen op de oppervlakken met micropilaren onderzochten de onderzoekers nieuwe manieren om vloeistofdynamica te beïnvloeden en de prestaties van warmteoverdracht te verbeteren, zelfs wanneer natuurlijke convectie ontbreekt.
De combinatie van additieve productie, warmteoverdracht tijdens faseverandering, variabele zwaartekracht en elektrische veldactivering maakt deze onderzoeksopzet bijzonder.
De snel veranderende zwaartekrachtomstandigheden vereisten nauwkeurige coördinatie en timing, omdat iedere fase van microzwaartekracht slechts enkele seconden duurde.
Jafari: "Je voert experimenten met hoge precisie uit terwijl je afwisselend te maken hebt met hyperzwaartekracht en gewichtloosheid. Dat vraagt het uiterste van de apparatuur en het team."
Efficiënte warmteoverdracht blijft een belangrijke uitdaging in ruimtesystemen, waar traditionele mechanismen die afhankelijk zijn van zwaartekracht niet meer werken.
Slimme, responsieve oppervlakken kunnen in de toekomst een belangrijke rol spelen in ruimtevaartuigen, hoogwaardige elektronica en energiesystemen die betrouwbare koeling vereisen onder onconventionele omstandigheden.
Partner in het onderzoek is de Universiteit van Pisa uit Italië.
