Che cos'è un rivestimento camaleonte?
Un rivestimento camaleonte è un tipo di strato superficiale applicato a vari manufatti che ha qualità adattive. Di solito, è composto da materiali ingegnerizzati su scala nanotecnologica delle dimensioni di singoli atomi o piccole molecole. I rivestimenti sono progettati per avere proprietà come la capacità di cambiare la struttura della superficie o di rispondere dinamicamente a umidità, temperature estreme o ambienti di vuoto come per i rivestimenti riutilizzabili dei veicoli di lancio nel rocketry. Vengono spesso utilizzati rivestimenti compositi costituiti da diversi strati di materiali diversi nel rivestimento in modo che possa essere autolubrificante e avere un punto di fusione inferiore al normale.
I primissimi tipi di rivestimenti per il controllo dell'usura progettati su scala nanometrica si basavano sull'elemento tungsteno poiché è un metallo così ampiamente utilizzato nella produzione di parti metalliche ad alto stress. Sono stati studiati composti come WC, tungsteno fuso con carbonio simil-diamante (DLC) e disolfuro di tungsteno, WS 2 . Metalli come tungsteno e ittrio fanno spesso parte di un rivestimento camaleonte perché la loro qualità lubrificante è fornita da lubrificanti a secco sotto forma di carbonio alimentato, zolfo o altre nanoparticelle che interagiscono favorevolmente con essi. L'oro e l'argento sono altri elementi metallici usati, in quanto hanno la capacità di resistere a un alto livello di gradiente di temperatura in cui possono esibire qualità lubrificanti se incorporati in una struttura a matrice. Il carbonio grafitico è anche incluso in alcune formule come utile superficie scorrevole in presenza di acqua o alta umidità.
Un esempio di quello che è considerato un rivestimento camaleonte di seconda generazione a partire dal 2004 è la zirconia stabilizzata con yttria (YSZ), una forma di ceramica, che è incorporata in una struttura a griglia d'oro che incapsula nanoparticelle di disolfuro di molibdeno, MoS 2 , e carbonio simile al diamante. Questa particolare composizione di rivestimento camaleontico può sopportare cicli di attrito scorrevoli di 10.000 ripetizioni o più senza degradarsi e temperature fino a 932 ° a 1.112 ° Fahrenheit (da 500 ° a 600 ° Celsius). Ciò ha portato all'interesse di varie preoccupazioni manifatturiere nel settore aerospaziale. Tali rivestimenti camaleonte sono progettati per avere proprietà tribologiche, dove la tribologia si riferisce alla capacità del rivestimento di resistere all'attrito, all'usura e ad avere anche aspetti autolubrificanti.
L'aspetto chiave di qualsiasi rivestimento camaleonte è che ha una morfologia reversibile nella sua composizione. Il rivestimento deve essere in grado di cambiare attrito e usura in risposta alle condizioni e quindi ritornare allo stato latente senza degradazione chimica. Le arene in cui questo è importante includono la costruzione di elementi strutturali e aerodinamici per veicoli ipersonici che subiscono uno stress fisico estremo ad alta quota e velocità.
Un rivestimento camaleonte è progettato per avere un ampio cambiamento nelle proprietà del materiale da una scala di un trilionesimo di metro a un decimo di millimetro (da 0,0000000001 a 0,0001 metri). La ricerca condotta nel marzo 2011 per l'esercito americano ha prodotto un rivestimento camaleontico composto da composti di nitruro, argento e MoS 2 che ha stabilito un record mondiale di resistenza. Il materiale è stato ciclicato oltre 300.000 volte attraverso un intervallo di temperatura da temperatura ambiente fino a 1.292 ° Fahrenheit (700 ° Celsius) senza alcun degrado evidente nelle proprietà del materiale.