Революционное покрытие с фазовым переходом улавливает тепло для ракет, труб и даже напитков

Spinoff — ежегодное издание НАСА, в котором освещаются успешно коммерциализированные технологии НАСА. Эта коммерциализация способствовала развитию продуктов и услуг в области здравоохранения и медицины, потребительских товаров, транспорта, общественной безопасности, компьютерных технологий и экологических ресурсов.

Большинство людей наслаждаются ледяным напитком в жаркий день, не задумываясь о физике, происходящей в стакане. Но реакция фазового перехода — в данном случае, когда лед поглощает тепло напитка и тает — является мощной. Покрытие, созданное НАСА для использования той же реакции, может появиться на пассажирских самолетах или стать ключом к созданию безледного холодильника.

По словам ученого-материаловика Центра космических полетов имени Маршалла Раджа Каула, при фазовых изменениях температура остается стабильной именно в точке перехода. "Если заморозить термометр в глыбе льда и начать его нагревать, температура будет держаться на уровне 32°F, даже в уже растаявшей части. Только когда лед полностью растает, вода начнет повышать свою температуру".

Для воды точка плавления/замерзания составляет 32 °F, но НАСА разработало набор материалов с разными температурами плавления. Первоначально планировалось использовать эти материалы внутри скафандров, которые могут нагреваться по мере накопления тепла тела. Однако в начале 2000-х годов Каул начал исследовать способ использования материалов с фазовым переходом снаружи космического корабля. Твердотопливные ракетные ускорители были защищены материалом под названием MCC-1, который «по сути представлял собой смесь пробки и эпоксидной смолы», сказал Каул. "Пробка будет гореть, и этот процесс горения также отводит тепло. Кроме того, она удаляется - слой просто отрывается, поэтому новый материал обнажается, а затем проходит через него снова".

Однако, поскольку покрытие было рассчитано на выгорание, оставалась опасность того, что этот процесс может привести к повреждению. Каул начал работать над защитным покрытием, которое не подвергалось абляции и при этом сохраняло безопасную температуру под ним. Он обратился к работе НАСА с материалами с фазовым переходом и использовал их в этом новом контексте. Он включил этот материал в покрытие, которое можно было наносить как краску, что требовало определения правильного соотношения материала с фазовым переходом и покрытия, чтобы получить наилучшие результаты.

Получив лицензию на патент Marshall на покрытие с фазовым переходом, предприниматель Крис Билек основал PrimeBilec и работает над рядом продуктов, включая безледный охладитель.

Каул разработал материал, который "инкапсулирован в пластик. Когда он видит тепло, он поглощает это тепло, переходя из твердого состояния в жидкость. В результате тепло не может пройти к подложке — все оно проходит через процесс фазового превращения". Таким образом, твердотопливный ракетный ускоритель не расплавится от сильной жары при запуске. А благодаря эпоксидной смоле, которая связывает покрытие с самим собой и с ракетой, материал с фазовым переходом не будет стекать при плавлении. После испытаний НАСА материал был одобрен для использования на космических кораблях, но к тому времени программа шаттлов была прекращена.

НАСА рекламировало патент на этот материал для лицензирования, и он был раскуплен Крисом Билеком, предпринимателем и ветераном армии. Билек основал компанию PrimeBilec в Остине, штат Техас, и офис передачи технологий Маршалла связал его с Каулом, чтобы ответить на вопросы о материале. Каул предположил, что это покрытие потенциально можно использовать для окраски фасадов домов или в качестве кровельного покрытия, «так что в дневное время оно будет поглощать тепло, а в ночное время оно будет выделять это тепло и проходить цикл».

Билек использовал этот материал для покрытия задней части самолета, чтобы предотвратить тепловое повреждение реактивных двигателей. «Для авиации мы устанавливаем температуру материала с фазовым переходом на 24 ° C» или примерно комнатную температуру — температуру, которую авиакомпания поддерживает в салоне. При такой температуре покрытие будет поглощать тепло, что приведет к повышению внутренней температуры.

Он заметил интерес со стороны компании, которая производит тепловые ловушки для больниц по делам ветеранов. «Они следят за теплом, исходящим из труб в больнице», — сказал Билек. "Когда эти трубы перегреваются, они перегреваются и сгорают датчики. Наша продукция продлит срок службы их тепловых ловушек".

Другая идея — создать «безледный холодильник» вместе с контейнерами меньшего размера для обедов. В контейнерах материал фазовой гонки заключен в пищевой полиэстер для покрытия контейнера. Благодаря такому покрытию еда (или пиво) внутри контейнера будет оставаться холодной примерно на два-четыре часа дольше, в зависимости от температуры снаружи.

Зайдите сюда  .