minIONs

Ausgangssituation / Motivation

Bewegte Bauteile in Satelliten und in Komponenten von Erkundungs- und Planetenmissionen sind systemkritisch hinsichtlich der geforderten Funktionalität und Verlässlichkeit. Diese Bauteile reichen z. B. von ausfaltbaren Antennen oder Sonnensegeln über bewegliche Instrumente bis hin zu Antrieben, Roboterarmen und Probennehmern bei Planetenmissionen.

Der Ausfall des bewegten Kontakts geht in der Regel mit dem Ausfall des Gesamtsystems einher, und ist somit dem Ende der Mission gleichzusetzen. Schmierstoffe sind daher essentielle Konstruktionselemente von Weltraumsystemen. Flüssige Schmierstoffe müssen bei Vakuumanwendungen zusätzliche Anforderungen erfüllen, betreffend vor allem das Ausgasungs- und Zersetzungsverhalten unter kritischen Bedingungen.

Inhalte und Zielsetzungen

Derzeit verwendete Flüssig- oder Festschmierstofflösungen weisen inhärente Nachteile in Leistung oder Anwendbarkeit auf. Eine optimale technische Lösung wird derzeit durch keinen der verwendeten Schmierstoffe geboten.

Ein neues Schmierkonzept muss die Vorteile von Flüssig- und Festschmierung vereinen und die Nachteile ausgleichen. Bisherige hybride Ansätze, die dies zu erreichen versuchen, nutzen modifizierte Flüssigschmierung oder auch neuartige Ansätze wie Self-Assembled Monolayers.

Methodische Vorgehensweise

Das innovative Konzept von minIONs nutzt die inhärenten Eigenschaften von ionischen Flüssigkeiten, d.h. die grundsätzliche Eignung für thermisches Vakuum, und die in vielen IFs vorliegende Schmierfähigkeit. Diese beruht primär auf der leichten Beweglichkeit von Kationen und Anionen gegeneinander, bei gleichzeitigem Vorliegen einer belastbaren Mikrostruktur.

Durch Polymerisation von speziell dafür funktionalisierten Kationen wird eine tragfähige polymere ionische Beschichtung geschaffen. Die anvisierte Schicht soll homogen und kovalent mit der Oberfläche verknüpft sein. Die weiterhin beweglichen Anionen bilden eine Gleitschicht, wodurch es sich erübrigt, die Schicht mit zusätzlichen schmierenden Partikeln wie Graphit oder Polytetrafluorethylen (PTFE) zu beladen.

Dieses Konzept einer Hybridbeschichtung erlaubt die Produktion wesentlich dünnerer aber dennoch tragfähiger Gleitschichten und ermöglicht dadurch mehr konstruktionstechnische Freiheiten. Nach der Synthese funktionalisierter ionischer Monomere im Labormaßstab, Aktivierung der Zieloberflächen und Polymerisation auf der aktivierten Oberfläche erfolgt im Projekt eine systematische Erforschung der Reibungs- und Verschleißeigenschaften von diesen polymerisierten ionischen Gleitschichten.

Erwartete Ergebnisse

Die aus minIONs gewonnenen Struktur-Eigenschafts-Beziehungen stellen in weiterer Folge die Basis für neuartige, zuverlässige und applikationsfreundliche Schmierungskonzepte für Anwendungen unter weltraumrelevanten Bedingungen dar.

Projektleitung

AC2T research GmbH

Projektpartner:innen

Vienna University of Technology

AC2T research GmbH
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