Co to jest powłoka kameleona?
Powłoka kameleonowa jest rodzajem warstwy powierzchniowej nakładanej na różne wytwarzane towary, która ma właściwości adaptacyjne. Zwykle składa się z materiałów opracowanych w skali nanotechnologii wokół wielkości pojedynczych atomów lub małych cząsteczek. Powłoki mają takie właściwości, jak zdolność do zmiany tekstury powierzchni lub dynamicznego reagowania na wilgoć, skrajne temperatury lub warunki próżniowe, takie jak powłoki wielokrotnego użytku do pojazdów nośnych w rakietach. Często stosuje się powłoki kompozytowe, które składają się z kilku warstw różnych materiałów w powłoce, dzięki czemu może ona być samosmarująca i mieć niższą niż normalnie temperaturę topnienia.
Pierwsze rodzaje powłok kontrolujących zużycie, opracowanych w skali nano, oparte były na wolframie, ponieważ jest to tak szeroko stosowany metal w produkcji części metalowych poddanych dużym obciążeniom. Badano związki takie jak WC, wolfram połączony z węglem diamentopodobnym (DLC) i disiarczek wolframu, WS 2 . Metale takie jak wolfram i itr są często częścią powłoki kameleona, ponieważ ich jakość smarowania zapewniają suche smary w postaci zasilanego węgla, siarki lub innych nanocząstek, które oddziałują z nimi korzystnie. Złoto i srebro są innymi często stosowanymi elementami metalowymi, ponieważ mają zdolność wytrzymywania wysokiego poziomu gradientu temperatury, w którym mogą wykazywać właściwości smarne, gdy są osadzone w strukturze matrycy. Węgiel grafitowy jest również zawarty w niektórych wzorach jako przydatna powierzchnia ślizgowa w obecności wody lub wysokiej wilgotności.
Przykładem kameleona drugiej generacji od 2004 r. Jest tlenek cyrkonu stabilizowany tlenkiem itru (YSZ), forma ceramiki, która jest osadzona w strukturze podobnej do złotej siatki, która otacza nanocząsteczki disiarczku molibdenu, MoS 2 , i węgiel podobny do diamentu. Ta konkretna kameleonowa kompozycja powłokowa może wytrzymać ślizgowe cykle tarcia wynoszące 10 000 powtórzeń lub więcej bez degradacji, a temperatury do 932 ° do 1112 ° Fahrenheita (500 ° do 600 ° Celsjusza). To zainteresowało różne koncerny produkcyjne w przemyśle lotniczym. Takie powłoki kameleonowe są zaprojektowane tak, aby miały właściwości trybologiczne, przy czym trybologia odnosi się do zdolności powłoki do przeciwdziałania tarciu, zużyciu, a także ma właściwości samosmarujące.
Kluczowym aspektem każdej powłoki kameleona jest to, że ma ona odwracalną morfologię w swoim składzie. Powłoka musi być w stanie zmienić swoje tarcie i zużycie w reakcji na warunki, a następnie powrócić do stanu utajonego bez degradacji chemicznej. Obszary, w których jest to ważne, obejmują budowę elementów konstrukcyjnych i aerodynamicznych dla pojazdów hipersonicznych, które podlegają ekstremalnym obciążeniom fizycznym na dużych wysokościach i prędkościach.
Powłoka kameleona została zaprojektowana w taki sposób, aby miała szeroką zmianę właściwości materiału w skali od jednej trylionowej metra do jednej dziesiątej milimetra (0,0000000001 do 0,0001 metra). Badania przeprowadzone w marcu 2011 r. Dla armii amerykańskiej pozwoliły uzyskać powłokę kameleonową złożoną ze związków azotkowych, srebra i MoS 2 , która ustanowiła światowy rekord w zakresie trwałości. Materiał poddano cyklowi ponad 300 000 razy w zakresie temperatur od temperatury pokojowej do 1 292 ° Fahrenheita (700 ° Celsjusza) bez zauważalnego pogorszenia właściwości materiału.