緬因大學環(huán)境工程助理教授 Onur Apul 將領導一項由 NASA 支持的 110 萬美元的多機構調查，以探索納米氣泡是否可以支持太空探索，包括宇宙飛船上的水處理。

美國國家航空航天局 (NASA) 刺激競爭性研究計劃 (EPSCoR) 通過緬因州太空撥款聯盟向該項目授予 753,750 美元的撥款。與此同時，緬因大學、南緬因大學和亞利桑那州立大學等參與機構也提供了 35 萬美元的費用分攤捐款。  

納米氣泡是液體中由氧氣、二氧化碳、氫氣和其他氣體組成的超細氣泡，直徑小于 100 納米。阿普說，可以使用振蕩液體的簡單儀器以及通過其他液壓、物理化學和電化學方法在液體中產生納米氣泡。這會產生被稱為雙相液體的混合物，即同時具有液體和氣體形式的混合物。

阿普說，由于其尺寸，納米氣泡具有獨特的物理化學特性，他認為這些特性可以提高宇宙飛船上生命支持功能的效率，特別是水處理和生長藻類，為宇航員提供氧氣和營養(yǎng)。與漂浮在液體表面的普通氣泡不同，納米氣泡可以在液體中懸浮數小時、數天甚至數月。阿普爾表示，它們還具有高表面積和高反應性，而且具有可塑性，使其成為化學反應的理想選擇。所有這些方面都使得納米氣泡能夠為各種氣體提供可靠且易于使用的存儲，阿普說這支持并降低了水處理和地球上以及可能在太空中的其他系統(tǒng)的能源成本。   

為了確定納米氣泡是否可以使地球大氣層以外的生命支持系統(tǒng)受益，阿普和他的團隊必須確保它們能夠承受微重力和零重力，以及這些環(huán)境中的流體條件。他們的研究將集中在氧、氫、氮、臭氧和其他大氣氣體的納米氣泡上。此外，他們還將評估納米氣泡如何增強氣體傳輸，從而提高水處理系統(tǒng)的效率，并產生可促進藻類生長的活性氧。  

研究人員將首先利用緬因大學現有和新設備在雙相液體中產生自己的納米氣泡。然后，他們將通過緬因大學的高空氣球計劃測試其在高空氣球中的穩(wěn)定性，該氣球的飛行高度可達 118,000 英尺或更高；一顆名為 CubeSat 的小型研究衛(wèi)星，并進行了兩次火箭發(fā)射。位于緬因州不倫瑞克的 blueShift Aerospace Inc. 公司將與研究人員合作發(fā)射 CubeSat，該衛(wèi)星將被稱為 PINESAT2，在緬因州大學電氣和計算機工程系的 WiSe-Net 實驗室建造，此外還有兩枚火箭發(fā)射，阿普爾說。一枚火箭將飛行 62 英里，另一枚將上升 186 英里。 

阿普爾說，最終，研究人員希望通過將納米氣泡發(fā)送到國際空間站來測試他們的雙相液體。  

“現在這還很理論化，但我們相信這可能會改變在非常規(guī)情況下使用氣體的范式，”阿普爾說。“這是一個只有 10 年歷史的新穎研究領域，其潛力令人興奮。我對他們的口號是‘微小的氣泡，巨大的潛力?！?/span>

項目團隊成員包括 Apul、Ali Abedi、緬因大學研究副校長、電氣與計算機工程教授；塞爾吉·加西亞-塞古拉；亞利桑那州立大學環(huán)境工程助理教授；以及 USM 環(huán)境工程助理教授 Ashanthi Maxworth。他們將與美國宇航局約翰遜航天中心的研究人員合作開展該項目。 

Apul 已經研究納米氣泡兩年了，并與對其開發(fā)感興趣的各個利益相關者合作，其中包括德克薩斯州的一家釀酒廠。他的一些學生也參與了納米氣泡研究。其中一位土木與環(huán)境工程研究生扎克·多爾蒂 (Zach Doherty) 在 2022 年緬因大學學生研討會上，作為一名四年級本科生，因其對使用納米氣泡去除飲用水的研究而獲得了蘇珊·J·亨特總統(tǒng)研究影響獎污染物。約瑟夫·巴頓，博士 緬因大學電氣與計算機工程系的一名學生曾與 Abedi 合作開發(fā)緬因州第一顆立方體衛(wèi)星 MESAT1，他也參與了該項目并領導該項目的立方體衛(wèi)星開發(fā)。

阿普爾說，這項新研究將有助于回答有關納米氣泡的基本問題，之后研究人員可以跳板研究納米氣泡在地球及其他地方的其他可能應用。納米氣泡甚至可能服務于緬因州重要的行業(yè)，例如水產養(yǎng)殖、紙漿和造紙制造。 

三個博士 預計將有兩名來自緬因州、一名來自亞利桑那州的學生和三到五名本科生研究人員參與這項研究。阿普爾表示，通過這項研究購買的新設備將補充現有工具，并擴大緬因大學和 USM 科學家研究納米氣泡生產、表征和應用的能力。 

“我們正在緬因州為納米氣泡研究創(chuàng)建基礎設施和支柱，”他說。“這只是一切的開始?！?nbsp;  

原文鏈接：https://umaine.edu/news/blog/2022/08/10/apul-leds-nasa-backed-research-using-nanobubbles-for-water-treatment-to-support-space-exploration/