Покрытие Хамелеон

Покрытие «Хамелеон» , также известное как нанокомпозитное трибологическое покрытие , представляет собой адаптивный клей, в котором используются нанотехнологии для адаптации к колебаниям окружающей среды, чтобы сделать условия жизни более подходящими для объекта, на который было нанесено покрытие.

Цель

Цель покрытия-хамелеона – обеспечить оптимальные эксплуатационные характеристики материала в любых условиях. Идея состоит в том, что при внезапном изменении окружающей среды конкретное нанопокрытие изменит свои химические свойства, чтобы лучше адаптироваться к окружающей среде и избежать износа из-за трения и истирания. Предполагается, что покрытие «Хамелеон» решит проблемы гидрогидравлики, где атмосферное давление меняется в различных средах. Химические свойства жидкостной гидравлики изменяются при разном атмосферном давлении, поскольку жидкости и газы расширяются и конденсируются под разным давлением. Таким образом, цель покрытия-хамелеона состоит в том, чтобы обеспечить такую же смазку в машинах с помощью таких жидкостей, как масло, но без недостатков покрытия или смазки, ухудшающихся в изменяющихся условиях окружающей среды. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

Разработка

начало создания покрытий-хамелеонов не всегда было наномасштабным До недавних событий в области наноинженерии . До использования нанопленок (покрытий) пленки, используемые для обеспечения полезных свойств покрытия, разрушались легче и быстрее из-за постоянного износа. Использование тонких нанопленок помогло контролировать дислокационное образование пленки и помогло снизить скорость сдвига (скорость разрушения пленки) из-за истирания и износа в несколько раз. Термин «покрытие хамелеона» использовался по аналогии с реальным покрытием хамелеона, где шерсть хамелеона способна адаптироваться к окружающей среде в качестве защитного механизма, позволяющего избегать хищников и увеличивать свои шансы на выживание. Для краткости использование алмазоподобного углерода обычно представляет собой одну из нанопленок, используемых для предотвращения истирания. Возможными нанопленками, которые можно было бы использовать для противодействия изменениям температуры, являются чистые металлы Ag ( серебро ) и Au ( золото ). Серебро и золото выдерживают высокие температуры и остаются мягкими, что желательно для свойств покрытия. Используя решетчатую матрицу (шаблон для покрытия с использованием конструкции корзинчатого плетения), наноинженеры могут использовать свойства алмазоподобных углеродов и чистых металлов, чтобы сделать покрытия-хамелеоны более адаптируемыми к еще более разнообразным средам. ^{[ 3 ]}

Приложения

Наиболее распространенное применение покрытия-хамелеона — в аэрокосмической технике, где окружающая среда постоянно меняется из-за изменения высоты. На Земле воздух влажный, а температура меняется лишь незначительно по сравнению с другими средами, такими как космос. Использование масла для снижения трения и износа, а также смазки применимо только к условиям окружающей среды, встречающимся только на земле. Когда граница переходит от атмосферы к орбите, температура может варьироваться от -150 °C до почти 200 °C. ^{[ 4 ]} многие из этих смазок быстро разрушаются и становятся бесполезными. Космические спутники находятся в таких условиях, когда жидкая смазка бесполезна, поскольку многие жидкие смазочные материалы склонны к испарению из-за чрезвычайно низких давлений - от почти 100 кПа при запуске до 10 нПа на орбите. ^{[ 5 ]} С помощью покрытия-хамелеона продолжительность жизни спутников составляет от 15 до примерно 30 лет. ^{[ 2 ]} Покрытия «хамелеон» также часто используются на гиперзвуковых и многоразовых ракетах-носителях , требующих смазки в окружающей атмосфере, вакууме ( космосе ), а также при входе в атмосферу (высокой температуре). В типичном многослойном покрытии может использоваться дисульфид молибдена или алмазоподобный углерод для обеспечения низкого трения в условиях окружающей среды. Слой тефлона может использоваться для работы в вакууме вместе со слоем, содержащим серебро или золото, для обеспечения смазывающей способности при высоких температурах.

Ссылки

^ Мураторе и Воеводин, С и А.А. (2009). «Покрытия-хамелеоны: адаптивные поверхности для уменьшения трения и износа в экстремальных условиях». Ежегодный обзор исследований материалов . 39 : 297–324. Бибкод : 2009AnRMS..39..297M . doi : 10.1146/annurev-matsci-082908-145259 .
^ Jump up to: ^а ^б Воеводин и Забинский, А.А. Дж.С. (2005). «Нанокомпозитные и наноструктурированные трибологические материалы космического назначения». Композитные науки и технологии . 65 (5): 741–748. doi : 10.1016/j.compscitech.2004.10.008 .
^ Jump up to: ^а ^б Воеводин А.А. «Нанокомпозитные трибологические покрытия с поверхностной адаптацией типа «хамелеон» . Архивировано из оригинала 14 апреля 2013 г.
^ Стив Прайс, доктор Тони Филлипс, Гил Нир. «Сохраняем хладнокровие на МКС» . НАСА. {{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Крик, бакалавр искусств и Сойер (19 сентября 2010 г.). «Космические трибометры: конструкция для открытых экспериментов на орбите». Письма по трибологии . 41 : 303–311. дои : 10.1007/s11249-010-9689-y .

[Adaptive_Surfaces_to_Reduce_Friction_and_Wear_in_Extreme_Environments-1] Мураторе и Воеводин, С и А.А. (2009). «Покрытия-хамелеоны: адаптивные поверхности для уменьшения трения и износа в экстремальных условиях». Ежегодный обзор исследований материалов . 39 : 297–324. Бибкод : 2009AnRMS..39..297M . doi : 10.1146/annurev-matsci-082908-145259 .

[space_applications-2] Jump up to: ^а ^б Воеводин и Забинский, А.А. Дж.С. (2005). «Нанокомпозитные и наноструктурированные трибологические материалы космического назначения». Композитные науки и технологии . 65 (5): 741–748. doi : 10.1016/j.compscitech.2004.10.008 .

[Nanocomposite_tribological_coatings-3] Jump up to: ^а ^б Воеводин А.А. «Нанокомпозитные трибологические покрытия с поверхностной адаптацией типа «хамелеон» . Архивировано из оригинала 14 апреля 2013 г.

[4] Стив Прайс, доктор Тони Филлипс, Гил Нир. «Сохраняем хладнокровие на МКС» . НАСА. {{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[5] Крик, бакалавр искусств и Сойер (19 сентября 2010 г.). «Космические трибометры: конструкция для открытых экспериментов на орбите». Письма по трибологии . 41 : 303–311. дои : 10.1007/s11249-010-9689-y .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]