Kujutage ette hindamatut maali, mida hävitas laastav tulekahju. Kaunid, paljudes toonides hools alt peale kantud värvid kadusid musta tahma kihtide alla. Näib, et meistriteos on pöördumatult kadunud.
Teadusmaagia
Aga ärge heitke meelt. Pilt asetatakse vaakumkambrisse, mille sees tekib nähtamatu võimas aine, mida nimetatakse aatomihapnikuks. Mitme tunni või päeva jooksul kaob tahvel aeglaselt, kuid kindl alt ja värvid hakkavad uuesti ilmnema. Värske läbipaistva lakiga viimistletud maal naaseb oma endisesse hiilgusesse.
See võib tunduda maagiana, kuid see on teadus. NASA Glenni uurimiskeskuse (GRC) teadlaste poolt välja töötatud meetod kasutab aatomihapnikku muidu parandamatult kahjustatud kunsti säilitamiseks ja taastamiseks. Aine kasuudab täielikult steriliseerida inimkehale mõeldud kirurgilisi implantaate, vähendades oluliselt põletikuriski. Diabeediga patsientide jaoks võib see parandada glükoosi jälgimise seadet, mis vajaks ainult osa verest, mida oli varem testimiseks vaja, et patsiendid saaksid oma seisundit jälgida. Aine võib polümeeride pinda tekstureerida luurakkude paremaks adhesiooniks, mis avab meditsiinis uusi võimalusi.
Ja seda võimsat ainet saab otse tühjast ilmast.
Aatomi- ja molekulaarhapnik
Hapnik eksisteerib mitmel erineval kujul. Gaasi, mida me sisse hingame, nimetatakse O2, mis tähendab, et see koosneb kahest aatomist. Samuti on aatomhapnik, mille valem on O (üks aatom). Selle keemilise elemendi kolmas vorm on O3. See on osoon, mida leidub näiteks Maa atmosfääri ülemistes kihtides.
Aatomi hapnik looduslikes tingimustes Maa pinnal ei saa eksisteerida pikka aega. Sellel on äärmiselt kõrge reaktsioonivõime. Näiteks moodustab aatomhapnik vees vesinikperoksiidi. Kuid kosmoses, kus on palju ultraviolettkiirgust, lagunevad O2 molekulid kergemini lahti, moodustades aatomivormi. Madalal Maa orbiidil olev atmosfäär koosneb 96% hapnikust. NASA kosmosesüstiku missioonide algusaegadel tekitas see probleeme.
Kahju lõplikult
Vanemfüüsiku Bruce Banksi sõnulGlenni keskuse kosmosekeskkonnauuringute sidusettevõttes Alphaport nägid pärast süstiku paari esimest lendu selle konstruktsioonimaterjalid välja nagu härmatisega kaetud (need olid tugev alt erodeerunud ja tekstureeritud). Aatomihapnik reageerib orgaaniliste kosmoselaevade nahamaterjalidega, kahjustades neid järk-järgult.
GIZ alustas kahju põhjuste uurimist. Selle tulemusel ei loonud teadlased mitte ainult meetodeid kosmoselaevade kaitsmiseks aatomihapniku eest, vaid leidsid ka viisi, kuidas kasutada selle keemilise elemendi potentsiaalset hävitavat jõudu elu parandamiseks Maal.
Erosioon kosmoses
Kui kosmoselaev on madalal Maa orbiidil (kus käivitatakse mehitatud sõidukid ja kus asub ISS), võib jääkatmosfäärist moodustunud aatomhapnik reageerida kosmoselaeva pinnaga, põhjustades neile kahju. Jaama toitesüsteemi väljatöötamise ajal oli mure, et polümeeridest valmistatud päikesepatareide massiivid lagunevad selle aktiivse oksüdeerija toimel kiiresti.
Painduv klaas
NASA leidis lahenduse. Glenni uurimiskeskuse teadlaste rühm töötas päikesepatareide jaoks välja õhukese kilega katte, mis oli söövitava elemendi toime suhtes immuunne. Ränidioksiid ehk klaas on juba oksüdeerunud, mistõttu aatomihapnik ei saa seda kahjustada. Teadlasedlõi läbipaistvast räniklaasist katte, mis oli nii õhuke, et muutus elastseks. See kaitsekiht kleepub tugev alt paneeli polümeeriga ja kaitseb seda erosiooni eest, ilma et see kahjustaks selle soojuslikke omadusi. Kate on seni eduk alt kaitsnud rahvusvahelise kosmosejaama päikesemassiivid ja seda on kasutatud ka Miri päikesepatareide kaitsmiseks.
Päikesepaneelid on kosmoses eduk alt üle kümne aasta vastu pidanud, ütles Banks.
Võimu t altsutamine
Käitades sadu katseid, mis olid osa atomaarse hapnikukindla katte väljatöötamisest, sai Glenni uurimiskeskuse teadlaste meeskond kogemusi kemikaali toimimise mõistmisel. Eksperdid nägid teisi võimalusi agressiivse elemendi kasutamiseks.
Banksi sõnul sai rühm teadlikuks pinnakeemia muutumisest, orgaaniliste materjalide erosioonist. Aatomhapniku omadused on sellised, et see suudab eemaldada kõik orgaanilised süsivesinikud, mis ei reageeri kergesti tavaliste kemikaalidega.
Teadlased on avastanud selle kasutamiseks palju võimalusi. Nad said teada, et aatomhapnik muudab silikoonide pinnad klaasiks, mis võib olla kasulik komponentide hermeetiliseks sulgemiseks, ilma et need üksteise külge kleepuks. See protsess töötati välja rahvusvahelise kosmosejaama sulgemiseks. Lisaks on teadlased avastanud, et aatomihapnik suudab kahjustatud rakke parandada ja säilitada.kunstiteosed, täiustavad õhusõidukite konstruktsioonide materjale ja toovad inimestele kasu, kuna seda saab kasutada mitmesugustes biomeditsiinilistes rakendustes.
Kaamerad ja kaasaskantavad seadmed
Aatomhapnik võib pinda mõjutada mitmel viisil. Kõige sagedamini kasutatakse vaakumkambreid. Nende suurus ulatub kingakarbist kuni 1,2 x 1,8 x 0,9 m installatsioonini Mikrolaine- või raadiosageduskiirgust kasutades lõhustatakse O2 molekulid aatomihapniku olekuni. Kambrisse asetatakse polümeeriproov, mille erosiooni tase näitab toimeaine kontsentratsiooni käitises.
Teine viis aine pealekandmiseks on kaasaskantav seade, mis võimaldab suunata kitsa oksüdeerija voo konkreetsele sihtmärgile. Sellistest voogudest on võimalik luua aku, mis suudab katta suure ala töödeldud pinnast.
Mis rohkem uuritakse, näitab üha suurem hulk tööstusharusid huvi aatomihapniku kasutamise vastu. NASA on loonud palju partnerlussuhteid, ühisettevõtteid ja tütarettevõtteid, mis on enamikul juhtudel olnud edukad paljudes ärivaldkondades.
Aatomihapnik kehale
Selle keemilise elemendi ulatuse uurimine ei piirdu ainult kosmosega. Aatomihapnik, mille kasulikud omadused on kindlaks tehtud, kuid veelgi rohkem neist on veel uurimata, on leidnud palju meditsiinilisirakendused.
Seda kasutatakse polümeeride pinna tekstuureerimiseks ja luuga sulandumise võimaldamiseks. Polümeerid tõrjuvad tavaliselt luurakke, kuid keemiliselt aktiivne element loob tekstuuri, mis suurendab adhesiooni. See toob kaasa veel ühe kasu, mida aatomhapnik toob – luu- ja lihaskonna haiguste ravi.
Seda oksüdeerivat ainet saab kasutada ka bioloogiliselt aktiivsete saasteainete eemaldamiseks kirurgilistest implantaatidest. Isegi tänapäevaste steriliseerimistavade korral võib olla keeruline eemaldada implantaatide pinn alt kõiki bakteriraku jääke, mida nimetatakse endotoksiinideks. Need ained on orgaanilised, kuid mitte elusad, mistõttu steriliseerimine ei suuda neid eemaldada. Endotoksiinid võivad põhjustada implantatsioonijärgset põletikku, mis on implantaadiga patsientidel valu ja võimalike tüsistuste üks peamisi põhjuseid.
Aatomihapnik, mille kasulikud omadused võimaldavad puhastada proteesi ja eemaldada kõik orgaaniliste materjalide jäljed, vähendab oluliselt operatsioonijärgse põletiku riski. See toob kaasa paremad operatsioonitulemused ja patsientidele vähem valu.
Leevendus diabeetikutele
Seda tehnoloogiat kasutatakse ka glükoosiandurites ja muudes bioteaduse monitorides. Nad kasutavad akrüül-optilisi kiude, mis on tekstureeritud aatomi hapnikuga. See töötlemine võimaldab kiududel punaseid vereliblesid välja filtreerida, võimaldades vereseerumil tõhusam alt kokku puutudakeemilise sensori monitori komponent.
NASA Glenni uurimiskeskuse kosmosekeskkonna ja -katsete osakonna elektriinseneri Sharon Milleri sõnul muudab see testi täpsemaks, nõudes samal ajal palju väiksemat veremahtu, et mõõta inimese veresuhkrut. Saate teha süsti peaaegu kõikjale oma kehas ja saada piisav alt verd, et määrata oma veresuhkru taset.
Teine viis aatomihapniku saamiseks on vesinikperoksiid. See on palju tugevam oksüdeerija kui molekulaarne. Selle põhjuseks on peroksiidi lagunemise lihtsus. Aatomi hapnik, mis sel juhul tekib, toimib palju energeetilisem alt kui molekulaarne hapnik. See on vesinikperoksiidi praktilise kasutamise põhjus: värvainete ja mikroorganismide molekulide hävitamine.
Restaureerimine
Kui kunstiteoseid ähvardab pöördumatu kahju, saab orgaaniliste saasteainete eemaldamiseks kasutada aatomilist hapnikku, jättes maalimaterjali puutumata. Protsess eemaldab kõik orgaanilised materjalid, nagu süsinik või tahm, kuid üldiselt ei tööta see värvil. Pigmendid on enamasti anorgaanilise päritoluga ja juba oksüdeerunud, mis tähendab, et hapnik ei kahjusta neid. Orgaanilisi värvaineid saab säästa ka kokkupuute hoolika ajastusega. Lõuend on täiesti ohutu, kuna aatomhapnik puutub kokku ainult maali pinnaga.
Kunstiteosed asetatakse vaakumkambrissemillest oksüdant tekib. Olenev alt kahjustuse astmest võib maal püsida seal 20 kuni 400 tundi. Aatomhapniku voolu saab kasutada ka taastamist vajava kahjustatud piirkonna eritöötluseks. See välistab vajaduse paigutada kunstiteosed vaakumkambrisse.
Tahm ja huulepulk pole probleem
Muuseumid, galeriid ja kirikud on hakanud GIC-ga ühendust võtma, et säilitada ja taastada oma kunstiteoseid. Uurimiskeskus on näidanud võimet taastada Jackson Pollacki kahjustatud maali, eemaldada Andy Warholi maalilt huulepulk ja säilitada suitsukahjustusega lõuendid Clevelandi Püha Stanislausi kirikus. Glenni uurimiskeskuse meeskond kasutas aatomihapnikku, et taastada kadunuks peetud tükk – sajanditevanune Itaalia koopia Raphaeli Madonnast toolis, mis kuulus Clevelandi St Albani episkopaalsele kirikule.
Banksi sõnul on see keemiline element väga tõhus. Kunstilises restaureerimises töötab see suurepäraselt. Tõsi, seda ei saa pudelis osta, kuid see on palju tõhusam.
Tuleviku uurimine
NASA on hüvitatavatel alustel koostööd teinud erinevate osapooltega, kes on huvitatud aatomihapnikust. Glenni uurimiskeskus teenindas nii üksikisikuid, kelle hindamatud kunstiteosed said majatulekahjudes kannatada, kui ka ettevõtteid, kes otsisid ainele kasutusvõimalusi.biomeditsiinilistes rakendustes, nagu LightPointe Medical of Eden Prairie, Minnesota. Ettevõte on avastanud aatomihapniku jaoks palju kasutusviise ja otsib rohkem.
Banksi sõnul on palju uurimata piirkondi. Kosmosetehnoloogia jaoks on avastatud märkimisväärne hulk rakendusi, kuid väljaspool kosmosetehnoloogiat on neid ilmselt rohkemgi.
Ruum inimese teenistuses
Teadlaste rühm loodab jätkata aatomihapniku kasutamise võimaluste ja juba leitud paljutõotavate juhiste uurimist. Paljud tehnoloogiad on patenteeritud ja GIZ-i meeskond loodab, et ettevõtted litsentsivad ja turustavad mõned neist, mis toob inimkonnale veelgi rohkem kasu.
Teatud tingimustel võib aatomihapnik kahjustada. Tänu NASA teadlastele annab see aine nüüd positiivse panuse kosmoseuuringutesse ja elusse Maal. Olgu selleks hindamatute kunstiteoste säilitamine või inimeste tervendamine, aatomihapnik on tugevaim tööriist. Temaga töötamine on sajakordselt tasutud ja selle tulemused on kohe nähtavad.
