NASA-Stipendium hilft UMass-Studenten beim Studium von Polymerisolatoren und Wärme

Der Maschinenbaustudent Brendan Scott nimmt sich dieses Jahr nicht gemeinsam mit anderen Studenten der University of Massachusetts Amherst den Sommer frei.

Aber er sagt, er hat eine Menge Spaß.

Die NASA hat ihm ein 6.000-Dollar-Stipendium für Studenten gewährt, um zu untersuchen, wie Polymerisolatoren in Wärmeleiter umgewandelt werden könnten. Man könnte ihn als einen Fisch auf dem Trockenen betrachten – einen Maschinenbauingenieur, der sich mitten in einem fast alchemistischen Versuch befindet, Materie umzuwandeln.

Scott, der im Dezember seinen Abschluss an der University of Massachusetts Amherst machen will, sagte, er konzentriere sich auf Polyethylen niedriger Dichte in Kombination mit Graphit, unter anderem wegen der möglichen Gewichtseinsparungen als Wärmeleiter.

Der Vorteil wärmeleitender Polymere „wäre sehr umfassend“, sagte Scott kürzlich telefonisch aus Amherst. „Es hätte Auswirkungen auf fast alles: Automobil, Luft- und Raumfahrt, große Maschinen, Wärmemanagement und Gewichtsmanagement.“

Und die Nachfrage nach solchen Materialien wachse, angeheizt durch die Verlagerung hin zu Elektroautos und immer kleinerer Elektronik, stellte er fest.

Eine im März von Coherent Market Insights Pvt. veröffentlichte Marktstudie. Ltd. aus Burlingame, Kalifornien, und Pune, Indien, prognostiziert, dass der Markt für wärmeleitende Polymere – der im Jahr 2022 auf 136,9 Millionen US-Dollar geschätzt wird – bis 2030 366,4 Millionen US-Dollar erreichen wird, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 13,1 Prozent entspricht.

Die Studie führt einen Großteil des erwarteten Anstiegs auf die wachsende Automobil-, Luft- und Raumfahrt- und Elektronikindustrie zurück. Als Herausforderungen nennt die Studie jedoch den Preis der Rohstoffe, die geringe Haltbarkeit und leicht verfügbare Alternativmaterialien.

Scott, der aus Milton, Massachusetts, in der Nähe von Boston stammt, interessiert sich besonders für mögliche Anwendungen im Weltraum. Bei vielen Weltraummissionen geht es darum, Steine ​​zurückzubringen: „Steine ​​sind schwer“, bemerkte er. Er wurde von seinem Mentor an der Fakultät, Yanfei Xu, einem Assistenzprofessor für Maschinenbau und Wirtschaftsingenieurwesen am College of Engineering der UMass Amherst, ermutigt, sich für das NASA-Stipendium zu bewerben.

Im Rahmen der Forschung zur Umwandlung von Polymerisolatoren in Wärmeleiter wird Xu Scott bei der Untersuchung des Grenzflächen-Wärmetransports zwischen Polymeren und Füllstoffen in Polymerverbundwerkstoffen unterstützen.

„Die thermischen Transporteigenschaften [in diesem Bereich] … sind nicht gut verstanden“, sagte er. „Wir haben kein gutes Modell dafür, wie sie allein oder mit anderen Polymeren funktionieren. Was ich allein bearbeite, ist eine winzige, sehr spezifische Information“, die Teil eines großen Fortschritts sein könnte.

Zu den Einsatzmöglichkeiten gehören „Klimaanlagen, Ladegeräte, Laptops, Computer, Telefone – so ziemlich alles, was zu heiß wird“.

„Es ist so ziemlich eine Selbstverständlichkeit, diese in großem Maßstab einzusetzen“, bemerkte er. Hochleitfähige Polymere hätten die vorteilhaften Eigenschaften normaler Polymere – maschinelle Bearbeitbarkeit, Korrosionsbeständigkeit, die Fähigkeit, komplexe Formen herzustellen –, während konkurrierende Materialien wie Metalle und Keramik dicht, teuer und schwer zu verarbeiten sein können.

Eine weitere weltraumbezogene Anwendung, die Scott und Xu erforschen, betrifft die Kleidung von Astronauten.

„Wenn die Astronauten ins All fliegen, wollen sie tragbare, flexible und leichtere Kleidung tragen“, sagte Xu in einer Pressemitteilung der Universität über das Stipendium.

„Wie kann ein Raumanzug den Astronauten bei einem Weltraumspaziergang so kühl, so warm oder so bequem wie möglich halten? Natürlich kennen wir Materialien auf Polymerbasis, die einzigartige Eigenschaften haben, darunter geringeres Gewicht, Tragbarkeit, Flexibilität und …“ komfortabel."

Das Stipendium wurde vom Massachusetts Space Grant Consortium vergeben, einem Teil des National Space Grant College and Fellowship Project der NASA.

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