211service.com
Militära blandar 'smarta' beläggningar
Konvojer av USA:s arméstridsvagnar mullrar över Kuwait denna månad, redo att återigen spela en nyckelroll i kriget med Irak. Men innan de skjuter ett enda skott är dessa tankar redan låsta i strid med gamla fiender: piskande ökensand, blåsig sol och till och med själva luften.
Varje år kostar korrosionsaxeln den amerikanska armén 10 miljarder dollar - 2 miljarder dollar för enbart målning och skrapning, arbetsintensivt arbete som är farligt för människor och miljön. Så i höstas frågade arméns stridsvagns- och beväpningskommando, Armament Research, Development and Engineering Center (TACOM-ARDEC) i Picatinny Arsenal, NJ en koalition av forskare vid New Jersey Institute of Technology, Clemson University och University of Illinois att göra något åt det. Kommandot tilldelade dem $838 000 - och lovade upp till $1,5 miljoner mer - för att hitta material som kombinerar självläkande egenskaper med förmågan att ändra färg och känna av strukturella skador eller miljöförändringar. Dan Watts, mannen som leder NJIT:s program, säger att deras forskning har drivits på av oväntat snabba framsteg inom självläkande polymerer och elektronik gjorda av kolnanorör som går bortom området för intressanta akademiska spekulationer och närmar sig ekonomisk praktisk.
Hitta rätt mix
Under flera år har materialforskare strävat efter självläkande polymerer som kan appliceras på en yta - som industrimaskiner - och som skulle motstå den försämring som uppstår över tiden (se Nano biomaterial , TR, november 2002). Men ingen har ännu hittat ett material som kan reparera sig själv upprepade gånger, fungera som en tunn beläggning, lagras i åratal och - för militära tillämpningar - motstå kemiska medel. För det ändamålet sökte Picatinny-gruppen upp Nancy Sottos, professor i mekanik vid University of Illinois i Urbana-Champaign. Sottos labb konstruerade en epoxi med mikronskaliga kapslar som spricker när sprickor bildas, vilket snabbt förseglar dem. ( Klicka för animering .) Nyckeln till att göra det till en produkt är hållbarheten, säger Sottos. Just nu blandar vi dem och bryter upp dem direkt.
Förutom självreparerande egenskaper måste arméns idealiska smarta beläggning också innehålla enheter i nanoskala som upptäcker korrosion när det händer - kanske, säger Watts, genom att känna av rörelse i materialet.
För att känna av dess omgivning, ta emot kommandon och sprida färgförändringar från en molekyl till nästa, behöver beläggningarna ledningar. Vid Clemson tror forskare att kolnanorör kan tjäna; de fyller rören med järn för att skapa rudimentära kretsar, även om det fortfarande är oklart om denna lågeffektsmetod kan skapa de färger som armén behöver. Tillbaka på New Jersey Institute of Technology arbetar deras medarbetare för att kontrollera nanorören med elektricitet, ljus och laser, säger Joseph Argento, ställföreträdare för arméns industriella ekologiska centrum i Picatinny.
Samarbetet undersöker mikroelektromekaniska system (MEMS), som studeras på annat håll på Picatinny, även om det råder tvivel om att de mikroskopiska maskinerna kommer att ge rätt blandning för smarta beläggningar. Det är fortfarande en sexig teknik, säger Laura Battista, miljöingenjör på Picatinny som arbetar med smarta beläggningar. Men det finns inget från hyllan just nu. MEMS kan dock vara användbart i skärmar som gör fordon osynliga för satelliter, säger dessa forskare.
Det slutliga målet, säger Watts, är att visa en bild av fordonets omgivning på dess yta. Men här är ett problem: att få den falska bilden att smälta in på ett övertygande sätt kan kräva att man monterar kameran nära observatören - fienden, i det här fallet. Watts säger att armén kan nöja sig med en näst bästa kameleonteffekt som snabbt ändras från ett mönster till ett annat.
Vänd på en switch, måla ditt hus
Smarta beläggningar kommer att hitta tillämpningar bortom militären, säger forskare. Watts tänker sig korrosionsbeständiga bilar som kan anpassas på plats, programmerbara skyltar och färgskiftande tyger. Byggnadernas exteriörer kan designas om med en knapptryckning. Bilföretag håller på att utveckla självläkande stötfångare, säger Argento. Du kan bara föreställa dig vad den här beläggningen kan göra för byggnader och broar som du inte behöver oroa dig för att korrodera, tillägger han.
Trots de formidabla hindren siktar forskarna på att ta fram en prototyp redan 2005 (men möjligen så sent som 2009) om pengarna räcker. Komponenter - som självläkande lim som inte utsätts för väder och vind - kan komma tidigare. Vi bygger en bra, solid teknisk grund som tyder på att detta borde vara möjligt, säger Watts. Vad som ännu är okänt är hur det hela ska integreras.