Τι είναι μια επίστρωση Chameleon;

Η επίστρωση χαμαιλέοντα είναι ένας τύπος επιφανειακής στρώσης που εφαρμόζεται σε διάφορα βιομηχανικά προϊόντα που έχει προσαρμοστικές ιδιότητες. Συνήθως, αποτελείται από υλικά κατασκευασμένα σε κλίμακα νανοτεχνολογίας περίπου στο μέγεθος μεμονωμένων ατόμων ή μικρών μορίων. Οι επικαλύψεις έχουν σχεδιαστεί για να έχουν ιδιότητες όπως η ικανότητα αλλαγής της υφής της επιφάνειας ή η δυναμική απόκριση σε υγρασία, ακραίες θερμοκρασίες ή περιβάλλοντα κενού όπως για επαναχρησιμοποιήσιμες επικαλύψεις οχημάτων εκτόξευσης στην πυραυλική. Συχνά χρησιμοποιούνται σύνθετες επικαλύψεις που αποτελούνται από πολλά στρώματα διαφορετικών υλικών στην επίστρωση, έτσι ώστε να μπορεί να αυτολιπαίνεται και να έχει χαμηλότερο από το κανονικό σημείο τήξης.

Οι πρώτοι τύποι επιστρώσεων ελέγχου φθοράς που κατασκευάστηκαν σε νανοκλίμακα βασίστηκαν στο στοιχείο βολφράμιο, δεδομένου ότι είναι ένα τόσο ευρέως χρησιμοποιούμενο μέταλλο στην κατασκευή μεταλλικών εξαρτημάτων υψηλής καταπόνησης. Ερευνήθηκαν ενώσεις όπως το WC, το βολφράμιο συγχωνευμένο με άνθρακα που μοιάζει με διαμάντι (DLC) και το δισουλφίδιο του βολφραμίου, WS2. Μέταλλα όπως το βολφράμιο και το ύττριο αποτελούν συχνά μέρος μιας επικάλυψης χαμαιλέοντα επειδή η λιπαντική τους ποιότητα παρέχεται από ξηρά λιπαντικά με τη μορφή ενεργού άνθρακα, θείου ή άλλων νανοσωματιδίων που αλληλεπιδρούν ευνοϊκά με αυτά. Ο χρυσός και το ασήμι είναι άλλα συχνά μεταλλικά στοιχεία που χρησιμοποιούνται, καθώς έχουν την ικανότητα να αντέχουν σε υψηλό επίπεδο διαβάθμισης θερμοκρασίας όπου μπορούν να επιδεικνύουν λιπαντικές ιδιότητες όταν ενσωματώνονται σε μια δομή μήτρας. Ο γραφικός άνθρακας περιλαμβάνεται επίσης σε ορισμένες φόρμουλες ως χρήσιμη επιφάνεια ολίσθησης παρουσία νερού ή υψηλής υγρασίας.

Ένα παράδειγμα αυτού που θεωρείται ως επίστρωση χαμαιλέοντα δεύτερης γενιάς από το 2004 είναι η σταθεροποιημένη με ύττρια ζιρκονία (YSZ), μια μορφή κεραμικού, που είναι ενσωματωμένη σε μια δομή σαν πλέγμα χρυσού που ενθυλακώνει νανοσωματίδια δισουλφιδίου μολυβδαινίου, MoS2 και άνθρακας που μοιάζει με διαμάντι. Αυτή η συγκεκριμένη σύνθεση επίστρωσης χαμαιλέοντα μπορεί να αντέξει κύκλους τριβής ολίσθησης 10,000 επαναλήψεων ή περισσότερων χωρίς υποβάθμιση και θερμοκρασίες έως 932° έως 1,112° Fahrenheit (500° έως 600° Κελσίου). Αυτό το έχει φέρει στο ενδιαφέρον διαφόρων κατασκευαστικών εταιρειών στην αεροδιαστημική βιομηχανία. Τέτοιες επιστρώσεις χαμαιλέοντα κατασκευάζονται για να έχουν τριβολογικές ιδιότητες, όπου η τριβολογία αναφέρεται στην ικανότητα της επικάλυψης να αντιστέκεται στην τριβή, τη φθορά και να έχει επίσης πλευρές αυτολίπανσης.

Η βασική πτυχή οποιασδήποτε επικάλυψης χαμαιλέοντα είναι ότι έχει μια αναστρέψιμη μορφολογία στη σύνθεσή της. Η επίστρωση πρέπει να μπορεί να αλλάζει την τριβή και τη φθορά της ανάλογα με τις συνθήκες και στη συνέχεια να επανέρχεται σε λανθάνουσα κατάσταση χωρίς χημική υποβάθμιση. Οι αρένες όπου αυτό είναι σημαντικό περιλαμβάνουν την κατασκευή δομικών και αεροδυναμικών στοιχείων για υπερηχητικά οχήματα που υφίστανται ακραία φυσική καταπόνηση σε μεγάλα υψόμετρα και ταχύτητες.

Μια επίστρωση χαμαιλέοντα έχει σχεδιαστεί για να έχει μια ευρεία αλλαγή στις ιδιότητες του υλικού από μια κλίμακα από ένα τρισεκατομμυριοστό του μέτρου έως και το ένα δέκατο του χιλιοστού (0.0000000001 έως 0.0001 μέτρα). Έρευνα τον Μάρτιο του 2011 για τον αμερικανικό στρατό δημιούργησε μια επίστρωση χαμαιλέοντα που αποτελείται από ενώσεις νιτριδίου, ασήμι και MoS2 που έχει θέσει παγκόσμιο ρεκόρ ανθεκτικότητας. Το υλικό ανακυκλώθηκε πάνω από 300,000 φορές σε ένα εύρος θερμοκρασιών από θερμοκρασία δωματίου έως 1,292° Fahrenheit (700° Κελσίου) χωρίς καμία αξιοσημείωτη υποβάθμιση στις ιδιότητες του υλικού.