Revolutionaire faseveranderende coating vangt hitte op voor raketten, buizen en zelfs je drankje

Spinoff is NASA's jaarlijkse publicatie met succesvol gecommercialiseerde NASA-technologie. Deze commercialisatie heeft bijgedragen aan de ontwikkeling van producten en diensten op het gebied van gezondheid en geneeskunde, consumentengoederen, transport, openbare veiligheid, computerthechnologie en milieuhulpbronnen.

De meeste mensen genieten van een ijskoud drankje op een hete dag zonder na te denken over de fysica in het glas. Maar de fasereactie — in dit geval, toen het ijs warmte uit het drankje opneemt en smolt — is een krachtige. Een coating die NASA ontwikkelde om van diezelfde reactie gebruik te maken, kan op passagiersvliegtuigen verschijnen of de sleutel zijn tot een ijsvrije koelbox.

Faseveranderingen en temperatuurstabiltiteit

Volgens Raj Kaul, materialenwetenschapper bij het Marshall Space Flight Center, blijft de temperatuur bij faseveranderingen precies op het overgangspunt constant. "Als je een thermometer in een blok ijs vriest en begint te verwarmen, blijft de temperatuur op 32 °F, zelfs in de al gesmolten deel. Pas als het ijs volledig gesmolten is, begint het water zijn temperatuur te verhogen."

Verschillende smeltpunten

Voor water is het smelt-/vriespunt 32 °F, maar NASA ontwikkelde een reeks materialen met verschillende smeltpunten. Initieel was het plan om deze materialen in ruimtepakken te gebruiken, die heet kunnen worden door geaccumeerde lichaamswarmte. In de vroege jaren 2000 begon Kaul echter te onderzoeken hoe faseveranderende materialen aan de buitenkant van de spaceshuttle konden worden gebruikt. De vaste raketboosters werden beschermd door een materiaal genaamd MCC-1, "basis een mengsel van kurk en epoxy", aldus Kaul. "De kurk brandt en dat brandingsproces verwijdert ook de warmte. Bovendien ablateert het — de laag komt gewoon af, zodat nieuw materiaal blootgesteld wordt en het proces herhaalt zich."

Niet-ablaterende coating

Omdat de coating was ontworpen om af te branden, bleef het gevaar dat het proces schade zou veroorzaken. Kaul begon te werken aan een beschermende coating die niet zou ablateren en toch een veilige temperatuur onderhouden. Hij viel terug op NASA's werk met faseveranderende materialen en gebruikte ze in deze nieuwe context. Hij incorporeerde het materiaal in een coating die als verf aangebracht kon worden, wat het bepalen van de juiste verhouding van faseveranderend materiaal tot coating vereiste voor de beste resultaten.

Na het licentiëren van het octrooi voor de faseveranderende coating van Marshall, richtte entrepreneur Chris Bilec PrimeBilec op en werkt aan diverse producten waaronder een ijsvrije koelbox.

Toepassingen

Kaul ontwikkelde een materiaal "dat gekapseld is in een kunststof. Als het warmte ziet, absorbeert het die warmte om de vaste-naar-vloeibare fase door te lopen. Als resultaat kan de warmte niet door naar het substraat — het gaat allemaal door dit fasetransformatieproces." Zo zou de vaste raketbooster niet smelten door de extreme hitte bij lancering. En dankzij de epoxy die de coating aan zichzelf en de rakette bindt, zou het faseveranderende materiaal niet afdruipen wanneer het smolt. Na testen door NASA werd het materiaal goedgekeurd voor gebruik op ruimtevaartuigen, maar toen was het shuttle-programma al gestaakt.

NASA adverteerde het octrooi van het materiaal voor licentiëring en het werd opgepikt door Chris Bilec, een entrepreneur en oud-militair. Bilec startte PrimeBilec in Austin, TX, en Marshall's Tech Transfer Office verbond hem met Kaul voor vragen over het materiaal. Kaul stelde voor dat de coating potentieel had voor exterieur huisverf of als dakcoating, "zodat overdag het warmte absorbeert en 's nachts die warmte weer afgeeft en de cyclus doorloopt."

Bilec gebruikte het materiaal om de achterkant van een vliegtuig te coaten om hitteschade van de straalmotoren te voorkomen. "Voor luchtvaart zetten we het faseveranderende materiaal op 24 °C", ongeveer kamertemperatuur — de temperatuur die de luchtvaartmaatschappij in de cabine handhaaft. Door die temperatuur te gebruiken, absorbeert de coating warmte die de interne temperatuur zou verhogen.

Hij zag interesse van een bedrijf dat warmtevallen maakt voor Veterans Affairs ziekenhuizen. "Ze monitoren de warmte die van de buizen in het ziekenhuis afkomt. Wanneer deze buizen te heet worden, oververhitten ze en branden hun sensoren. Onze producten verlengen de levensduur van hun warmtevallen."

Een ander idee is een "ijsvrije koelbox" samen met kleinere containers voor lunches. Voor de containers wordt het faseveranderende materiaal in voedingsgepolyester verwerkt om de container te coaten. Met de coating blijft het voedsel — of bier — in de container ongeveer twee tot vier uur langer koud, afhankelijk van de buitentemperatuur.

Bezoek hier.