国际空间站（ISS）提供了一个独特的微重力环境，用于研究材料科学，特别是热量和质量传递如何影响材料加工。微重力消除了浮力驱动的对流和沉降，使研究人员能够研究在地球上难以观察的现象，例如表面润湿、界面张力、多相流和传热、凝固以及燃烧。
微重力材料科学研究的经验教训：
- 需要进行重复测量，以确定观察到的现象是孤立效应还是地球与微重力过程之间的根本差异。
- 在轨道上进行实验很复杂，需要有效管理乘组时间和发射载体运输。
- 在轨道上进行某些样本特征表征的能力可以加速研究。
- 原位分析方法能够支持迭代科学。
- 互补的地面实验是必不可少的。
- 建模可以帮助优化实验和解释结果。
- 由于缺少浮力，表面力趋于主导，这可能对气泡的形成和处理造成问题。
国际空间站上的材料研究设施：
- 炉子：用于研究材料的微观结构特征，包括铸造、焊接、钎焊和增材制造。
- 无容器悬浮技术：包括电磁悬浮（EML）和静电悬浮（ELF），用于金属和合金合成，消除了容器需求并降低了样品污染的风险。
- 通用设施：包括微重力科学手套箱（MSG）、生物制造设施（BFF）、先进空间实验处理器（ADSEP）、TangoLab、国际商业实验（ICE）积木纳诺拉克平台和MaRVIn等，为实验提供了多种选择。
以往/进行中微重力材料科学研究：
- 玻璃和陶瓷：微重力研究已经提高了ZBLAN光纤的质量，并有可能改进其他玻璃和陶瓷材料的性能。
- 金属：微重力研究已经改进了对金属凝固过程的理解，例如钎焊、焊接和连接。
- 多相材料：微重力研究已经有助于理解多相材料的动力学，例如柱状-等轴转变（CET）。
- 纳米材料：微重力研究已经有助于理解悬浮纳米颗粒的沉积机制。
- 聚合物：微重力研究已经有助于理解聚合物的形成过程，例如Janus基底纳米材料。
- 半导体：微重力研究已经有助于改进半导体材料的生长，例如InGaSb三元合金半导体。
- 热物理性质：微重力研究已经测量了各种材料的热物理性质，例如密度、热膨胀系数、表面张力、粘度和比热容。
未来展望：
- 微重力材料科学研究将继续进行，以改进对材料加工的理解，并开发用于NASA和太空经济的高性能应用的新材料。
- 商业空间站将为微重力材料研究提供新的机会。
资金来源：
- 国际合作伙伴，例如加拿大航天局、欧洲航天局、日本宇航勘探局和俄罗斯航天局。
- 美国国家航空航天局和国际空间站国家实验室。
空间生产应用（InSPA）：
- InSPA支持新材料开发，这些新材料和产品将用于地球和太空应用。
与国际空间站商业合作：
- NASA正在与公司合作开发商业空间站，以扩展微重力研究和商业活动。
