Mis on kameeleoni kate?

Kameeleonkate on erinevatele tööstuskaupadele kantud pinnakiht, millel on kohanduvad omadused. Tavaliselt koosneb see materjalidest, mis on valmistatud nanotehnoloogia skaalal umbes üksikute aatomite või väikeste molekulide suuruses. Kattetel on sellised omadused nagu pinnatekstuuri muutmine või dünaamiline reageerimine niiskusele, äärmuslikele temperatuuridele või vaakumkeskkondadele, näiteks raketitööstuses korduvkasutatavate kanderakettide katted. Tihti kasutatakse komposiitkatteid, mis koosnevad kattekihis mitmest kihist erinevatest materjalidest, nii et kattekiht võib olla isemääre ja normaalsest madalama sulamistemperatuuriga.

Esimesed nanoskaalas konstrueeritud kulumisvastaste kattekihtide tüübid põhinesid elemendil volfram, kuna see on kõrge pingega metallosade valmistamisel nii laialdaselt kasutatav metall. Uuriti selliseid ühendeid nagu WC, teemanditaolise süsinikuga (DLC) liidetud volfram ja volframidisulfiid WS2. Metallid, nagu volfram ja ütrium, on sageli kameeleonkatte osad, kuna nende määrdekvaliteedi tagavad kuivad määrdeained mootoriga süsiniku, väävli või muude nanoosakeste kujul, mis nendega soodsalt suhtlevad. Kuld ja hõbe on teised sageli kasutatavad metallelemendid, kuna neil on võime taluda kõrget temperatuurigradienti, kus neil on maatriksstruktuuri sisseehitatud määrdeomadused. Grafiitne süsinik sisaldub ka mõnes valemis kasuliku libiseva pinnana vee või kõrge niiskuse juuresolekul.

2004. aasta seisuga teise põlvkonna kameeleonkatteks peetava katte näide on ütriumiga stabiliseeritud tsirkooniumoksiid (YSZ), keraamika vorm, mis on sisestatud kuldvõrelaadsesse struktuuri, mis kapseldab molübdeendisulfiidi, MoS2 ja nanoosakesi. teemanditaoline süsinik. See konkreetne kameeleonkatte koostis talub libisevat hõõrdumistsükleid 10,000 932 või enama kordusega ilma lagunemiseta ja temperatuuridel kuni 1,112° kuni 500° Fahrenheiti (600° kuni XNUMX° Celsiuse järgi). See on toonud selle lennunduse ja kosmosetööstuse erinevate tootmisettevõtete huviorbiiti. Sellised kameeleonkatted on konstrueeritud nii, et neil on triboloogilised omadused, kus triboloogia viitab katte võimele taluda hõõrdumist ja kulumist ning omada ka isemäärimisvõimet.

Iga kameeleonkatte põhiaspektiks on selle koostise pöörduv morfoloogia. Kattekiht peab suutma muuta oma hõõrdumist ja kulumist vastavalt tingimustele ning seejärel muutuma tagasi varjatud olekusse ilma keemilise lagunemiseta. Areenid, kus see on oluline, hõlmavad konstruktsiooni- ja aerodünaamiliste elementide ehitamist hüperhelikiirusega sõidukitele, mis kannatavad suurel kõrgusel ja kiirusel äärmise füüsilise koormuse all.

Kameeleonkate on konstrueeritud nii, et sellel on materjali omaduste laiaulatuslik muutus alates ühest triljondikust meetrist kuni kümnendiku millimeetrini (0.0000000001 kuni 0.0001 meetrini). 2011. aasta märtsis USA armee jaoks läbiviidud uuringud andsid nitriidühenditest, hõbedast ja MoS2-st koosneva kameeleonkatte, mis on püstitanud vastupidavuse maailmarekordi. Materjali töödeldi üle 300,000 1,292 korra temperatuurivahemikus toatemperatuurist kuni 700° Fahrenheiti (XNUMX° Celsiuse järgi) ilma materjali omaduste märgatava halvenemiseta.