革新的な相変化コーティングがロケット、パイプ、さらには飲料の熱を捕捉します

スピンオフは、商業化に成功したNASAテクノロジーを特集したNASAの年次出版物です。この商業化は、 健康と医療、消費財、交通、公共の安全、コンピュータ技術、 環境資源の分野における製品やサービスの開発に貢献しました。

ほとんどの人は、暑い日にグラスの中で起こっている物理現象など考えずに冷たい飲み物を楽しみます。しかし、この場合、氷が飲み物から熱を吸収して溶けるという相変化反応は強力です。同じ反応を利用するために NASA が作成したコーティングは、旅客機に搭載されたり、氷のないクーラーの鍵となる可能性があります。

マーシャル宇宙飛行センターの材料科学者ラジ・カウル氏によると、相変化では温度はまさに転移点で一定に保たれるという。 「氷の塊の中に温度計を入れて凍らせて加熱し始めると、すでに溶けている部分であっても温度は 32 °F に留まります。氷が完全に溶けて初めて水の温度が上がり始めます。」

水の融点/凝固点は 32 °F ですが、NASA は異なる融点を持つ一連の材料を開発しました。当初の計画では、体温が蓄積すると高温になる可能性がある宇宙服の内側にこれらの素材を使用する予定でした。しかし、2000 年代初頭に、カウルはスペースシャトルの外側に相変化材料を使用する方法の研究を開始しました。固体ロケットブースターは「基本的にコルクとエポキシの混合物」であるMCC-1と呼ばれる材料で保護されていたとカウル氏は語った。 「コルクは燃えますが、その燃焼プロセスによって熱も奪われます。さらに、コルクは融解します。層が剥がれるだけなので、新しい素材が露出し、再びそれを通過します。」

しかし、コーティングは焼き切れるように設計されていたため、このプロセスによって損傷が生じる危険性が残っていました。カウルは、剥離せず、その下の安全な温度を維持できる保護コーティングの開発に取り組み始めました。彼は NASA の相変化材料の研究に注目し、それをこの新しい文脈で使用しました。彼はその材料を塗料のように塗布できるコーティングに組み入れました。そのためには、最良の結果を得るために相変化材料とコーティングの適切な比率を決定する必要がありました。

起業家の Chris Bilec は、Marshall から相変化コーティングの特許をライセンスした後、PrimeBilec を設立し、氷のないクーラーを含む多くの製品に取り組んでいます。

カウル氏は、「プラスチックにカプセル化された材料を開発しました。熱を感知すると、その熱を吸収して固相から液相に移ります。その結果、熱は基板に伝わりません。すべてこの相転移プロセスを経ます。」そのため、固体ロケットブースターは打ち上げ時の極度の熱で溶けることはありません。また、エポキシがコーティング自体とロケットに結合しているため、相変化材料が溶けても滴り落ちることはありません。 NASA によるテストの後、この材料は宇宙船での使用が承認されましたが、その時点ではシャトル プログラムは中止されていました。

NASA はこの素材の特許をライセンス供与すると宣伝し、起業家で陸軍退役軍人である Chris Bilec 氏がこの特許を入手しました。 Bilec はテキサス州オースティンに本拠を置く PrimeBilec を設立し、Marshall の技術移転オフィスが彼を Kaul につなぎ、素材に関する質問に答えました。カウル氏は、このコーティングには住宅の外装塗装や屋根のコーティングとしての可能性があると示唆し、「日中は熱を吸収し、夜間はその熱を放出してサイクルを繰り返す」と述べています。

Bilec は、ジェット エンジンからの熱による損傷を防ぐために、この材料を飛行機の後端のコーティングに使用しました。 「航空業界では、相変化材料を 24℃、つまりほぼ室温、航空会社が機内で維持する温度に設定しています。」その温度を使用すると、コーティングが熱を吸収し、内部温度が上昇します。

彼は、退役軍人病院向けのヒートトラップを製造する会社からの関心を示している。 「彼らは病院のパイプから出る熱を監視している」とビレック氏は語った。 「これらのパイプが熱くなりすぎると、過熱してセンサーが焼けてしまいます。当社の製品はヒートトラップの寿命を延ばします。」

もう一つのアイデアは、お弁当用の小さな容器と一緒に「氷のないクーラー」を作ることです。容器の場合、位相追跡材料が食品グレードのポリエステルに埋め込まれ、容器をコーティングします。コーティングにより、容器内の食品やビールは、外気温にもよりますが、約 2 ～ 4 時間長く冷たく保たれます。

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