Was ist eine Chamäleon-Beschichtung?
Eine Chamäleonbeschichtung ist eine Art Oberflächenschicht, die auf verschiedene hergestellte Waren aufgebracht wird und anpassungsfähige Eigenschaften aufweist. Normalerweise besteht es aus Materialien, die auf einer nanotechnologischen Skala entwickelt wurden, die der Größe einzelner Atome oder kleiner Moleküle entspricht. Die Beschichtungen sollen Eigenschaften wie die Fähigkeit haben, die Oberflächentextur zu ändern oder dynamisch auf Feuchtigkeit, extreme Temperaturen oder Vakuumumgebungen zu reagieren, beispielsweise für wiederverwendbare Beschichtungen von Trägerraketen in der Raketentechnik. Oft werden Verbundbeschichtungen verwendet, die aus mehreren Schichten unterschiedlicher Materialien in der Beschichtung bestehen, so dass sie selbstschmierend sein und einen niedrigeren als den normalen Schmelzpunkt aufweisen können.
Die allerersten Arten von Verschleißschutzbeschichtungen im Nanomaßstab basierten auf dem Element Wolfram, da es sich bei der Herstellung hoch beanspruchter Metallteile um ein so weit verbreitetes Metall handelt. Es wurden Verbindungen wie WC, Wolfram, das mit diamantartigem Kohlenstoff (DLC) verschmolzen ist, und Wolframdisulfid, WS 2 , untersucht. Metalle wie Wolfram und Yttrium sind oft Teil einer Chamäleonbeschichtung, da ihre Schmierqualität durch trockene Schmiermittel in Form von Aktivkohle, Schwefel oder anderen Nanopartikeln gewährleistet wird, die mit ihnen in günstiger Wechselwirkung stehen. Gold und Silber sind andere häufig verwendete Metallelemente, da sie einem hohen Temperaturgradienten standhalten können, wenn sie in eine Matrixstruktur eingebettet sind. Graphitischer Kohlenstoff ist in einigen Formeln auch als nützliche Gleitfläche in Gegenwart von Wasser oder hoher Feuchtigkeit enthalten.
Ein Beispiel für eine Chamäleonbeschichtung der zweiten Generation ab 2004 ist Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkoniumoxid (YSZ), eine Keramikform, die in eine goldgitterartige Struktur eingebettet ist, die Nanopartikel aus Molybdändisulfid, MoS 2 , einschließt. und diamantartiger Kohlenstoff. Diese spezielle Chamäleonbeschichtungszusammensetzung kann Gleitreibungszyklen von 10.000 Wiederholungen oder mehr aushalten, ohne sich zu verschlechtern, und Temperaturen von bis zu 932 ° bis 1.112 ° Fahrenheit (500 ° bis 600 ° Celsius). Dies hat das Interesse verschiedener Fertigungsunternehmen in der Luft- und Raumfahrtindustrie geweckt. Solche Chamäleonbeschichtungen sind so konstruiert, dass sie tribologische Eigenschaften aufweisen, wobei sich Tribologie auf die Fähigkeit der Beschichtung bezieht, Reibung und Verschleiß zu widerstehen und auch selbstschmierende Aspekte aufzuweisen.
Der Schlüsselaspekt jeder Chamäleonbeschichtung ist, dass sie eine reversible Morphologie in Bezug auf ihre Zusammensetzung aufweist. Die Beschichtung muss in der Lage sein, ihre Reibung und ihren Verschleiß in Abhängigkeit von den Bedingungen zu ändern und dann ohne chemische Zersetzung in einen latenten Zustand zurückzukehren. Arenen, in denen dies wichtig ist, umfassen den Bau struktureller und aerodynamischer Elemente für Hyperschallfahrzeuge, die in großen Höhen und Geschwindigkeiten extremen körperlichen Belastungen ausgesetzt sind.
Eine Chamäleonbeschichtung wurde so konstruiert, dass sich die Materialeigenschaften in weiten Bereichen von einem Billionstel Meter bis zu einem Zehntel Millimeter (0,0000000001 bis 0,0001 Meter) ändern. Forschungen für die US-Armee im März 2011 haben ergeben, dass eine Chamäleonbeschichtung aus Nitridverbindungen, Silber und MoS 2 einen Weltrekord in Bezug auf Haltbarkeit aufgestellt hat. Das Material wurde über 300.000-mal durch einen Temperaturbereich von Raumtemperatur bis zu 1.292 ° Fahrenheit (700 ° Celsius) geführt, ohne dass eine merkliche Verschlechterung der Materialeigenschaften auftrat.