カメレオンコーティングとは

カメレオンコーティングは、適応性のあるさまざまな製品に適用される表面層の一種です。 通常、それは個々の原子または小分子のサイズに近いナノテクノロジースケールで設計された材料で構成されています。 コーティングは、表面のテクスチャを変更したり、湿度、極端な温度、またはロケットでの再利用可能な打ち上げロケットのコーティングなどの真空環境に動的に応答する機能などの特性を持つように設計されています。 自己潤滑性があり、通常より低い融点を持つように、コーティング内の異なる材料のいくつかの層で構成される複合コーティングがよく使用されます。

ナノスケールで設計された最初のタイプの摩耗制御コーティングは、高応力金属部品の製造で広く使用されている金属であるため、元素タングステンに基づいていました。 WC、タングステンとダイヤモンドライクカーボン（DLC）、および二硫化タングステンWS ₂などの化合物が研究されました。 タングステンやイットリウムなどの金属は、多くの場合、カメレオンコーティングの一部です。なぜなら、それらの潤滑品質は、動力を与えられた炭素、硫黄、またはそれらと良好に相互作用する他のナノ粒子の形の乾燥潤滑剤によって提供されるためです。 金と銀は、マトリックス構造内に埋め込まれた場合に潤滑品質を示すことができる高レベルの温度勾配に耐える能力があるため、使用される他の頻繁な金属要素です。 また、グラファイトカーボンは、水分や高湿度の存在下での有用な滑り面としていくつかの式に含まれています。

2004年の時点で第2世代のカメレオンコーティングと考えられる例は、イットリア安定化ジルコニア（YSZ）です。これは、二硫化モリブデンのナノ粒子MoS ₂をカプセル化する金グリッド状構造内に埋め込まれたセラミックの形態です。そしてダイヤモンドライクカーボン。 この特定のカメレオンコーティング組成物は、劣化せずに10,000回以上の摺動摩擦サイクルに耐えることができ、最高温度は華氏932°〜1,112°（摂氏500°〜600°）です。 これにより、航空宇宙産業におけるさまざまな製造上の懸念に関心が寄せられています。 このようなカメレオンコーティングは、トライボロジー特性を持つように設計されています。トライボロジーとは、摩擦、摩耗に耐えるコーティングの能力を指し、自己潤滑性も備えています。

カメレオンコーティングの重要な側面は、その組成に対して可逆的な形態を持っていることです。 コーティングは、条件に応じて摩擦と摩耗を変化させ、その後化学的劣化なしに潜在状態に戻ることができなければなりません。 これが重要なアリーナには、高高度および高速で極度の物理的ストレスを受ける極超音速機の構造要素および空力要素の構築が含まれます。

カメレオンコーティングは、1兆分の1メートルから10分の1ミリメートル（0.0000000001〜0.0001メートル）までの材料特性の広範囲な変化をもつように設計されています。 2011年3月の米陸軍の研究により、窒化物化合物、銀、MoS ₂で構成されるカメレオンコーティングが製造され、耐久性で世界記録を樹立しました。 材料は、室温から華氏1,292°（摂氏700°）までの温度範囲で300,000回以上サイクルされ、材料特性の顕著な劣化はありませんでした。