Militærblandinger 'Smarte' belægninger

Konvojer af kampvogne fra den amerikanske hær rumsterer over Kuwait denne måned, klar til igen at spille en nøglerolle i krigen med Irak. Men før de affyrer et enkelt skud, er disse kampvogne allerede låst i kamp med gamle fjender: piskende ørkensand, blæsende sol og endda selve luften.

Hvert år koster korrosionsaksen den amerikanske hær 10 milliarder dollars-2 milliarder dollars alene for maling og skrabning, arbejdskrævende arbejde, der er farligt for mennesker og miljøet. Så sidste efterår spurgte Hærens Tank-Automotive and Armaments Command, Armament Research, Development and Engineering Center (TACOM-ARDEC) i Picatinny Arsenal, NJ en koalition af forskere ved New Jersey Institute of Technology, Clemson University og University of Illinois for at gøre noget ved det. Kommandoen tildelte dem $838.000 - og lovede op til $1,5 millioner mere - for at finde materialer, der kombinerer selvhelbredende egenskaber med evnen til at ændre farve og mærke strukturelle skader eller miljøændringer. Dan Watts, manden, der leder NJITs program, siger, at deres forskning er blevet skubbet frem af uventet hurtige fremskridt inden for selvhelbredende polymerer og elektronik fremstillet af kulstofnanorør, der går ud over området for interessante akademiske spekulationer og nærmer sig økonomisk praktisk.

At finde den rigtige blanding

I flere år har materialeforskere forfulgt selvhelbredende polymerer, der kan påføres en overflade - såsom industrimaskiner - og som ville modstå den forringelse, der opstår over tid (se Nano biomaterialer , TR, november 2002). Men ingen har endnu fundet et materiale, der kan reparere sig selv gentagne gange, fungere som en tynd belægning, opbevares i årevis og - til militære formål - modstå kemiske midler. Til det formål opsøgte Picatinny-gruppen Nancy Sottos, en professor i mekanik ved University of Illinois i Urbana-Champaign. Sottos' laboratorium konstruerede en epoxy med kapsler i mikronskala, der brister, når der dannes revner, og forsegler dem hurtigt. ( Klik for animation .) Nøglen til at gøre det til et produkt er holdbarheden, siger Sottos. Lige nu blander vi dem og deler dem op med det samme.

Ud over selvreparerende egenskaber skal hærens ideelle smarte belægning også inkorporere enheder i nanoskala, der registrerer korrosion, når det sker - måske, siger Watts, ved at føle bevægelse i materialet.

For at fornemme dets omgivelser, modtage kommandoer og udbrede farveændringer fra det ene molekyle til det næste, skal belægningerne have ledninger. Hos Clemson mener forskere, at kulstofnanorør kan tjene; de fylder rørene med jern for at skabe rudimentære kredsløb, selvom det stadig er uklart, om denne energibesparende tilgang kan skabe det udvalg af farver, hæren har brug for. Tilbage på New Jersey Institute of Technology arbejder deres samarbejdspartnere på at kontrollere nanorørene med elektricitet, lys og laser, siger Joseph Argento, stedfortræder for hærens industrielle økologicenter i Picatinny.

Samarbejdet undersøger mikro-elektromekaniske systemer (MEMS), under undersøgelse andetsteds hos Picatinny, selvom der er tvivl om, at de mikroskopiske maskiner vil give den rigtige blanding til smarte belægninger. Det er stadig en sexet teknologi, siger Laura Battista, en miljøingeniør hos Picatinny, der arbejder med smarte belægninger. Men der er ikke noget på hylden lige nu. MEMS kunne dog være nyttigt i skærme, der gør køretøjer usynlige for satellitter, siger disse forskere.

Det ultimative mål, siger Watts, er at vise et billede af køretøjets omgivelser på dets overflade. Men her er et problem: at få det falske billede til at blande sig overbevisende kan kræve at montere kameraet i nærheden af ​​observatøren - fjenden, i dette tilfælde. Watts siger, at hæren måske nøjes med en næstbedste kamæleoneffekt, der hurtigt ændrer sig fra et mønster til et andet.

Vend en kontakt, mal dit hus

Smarte belægninger vil finde anvendelser ud over militæret, siger forskere. Watts forestiller sig korrosionsbestandige biler, der kan tilpasses på stedet, programmerbare reklametavler og farveskiftende stoffer. Bygningernes ydre kan redesignes med et tryk på en kontakt. Bilfirmaer er i gang med at udvikle selvhelbredende kofangere, siger Argento. Du kan bare forestille dig, hvad denne belægning kunne gøre for bygninger og broer, som du ikke behøver at bekymre dig om at korrodere, tilføjer han.

På trods af de formidable forhindringer, sigter forskerne efter at producere en prototype allerede i 2005 (dog muligvis så sent som i 2009), hvis pengene rækker. Komponenter - såsom selvhelbredende klæbemidler, der ikke er udsat for elementerne - kunne komme hurtigere. Vi bygger et godt, solidt teknisk grundlag, der tyder på, at dette burde være muligt, siger Watts. Hvad der stadig er uvist er, hvordan det hele vil blive integreret.

skjule