211service.com
Militaire mengt 'slimme' coatings
Deze maand denderen konvooien van tanks van het Amerikaanse leger door Koeweit, klaar om een sleutelrol te spelen in de oorlog met Irak. Maar voordat ze een enkel schot lossen, zijn die tanks al verwikkeld in de strijd met oude vijanden: opzwepend woestijnzand, brandende zon en zelfs de lucht zelf.
Elk jaar kost de as van corrosie het Amerikaanse leger $ 10 miljard dollar - $ 2 miljard voor alleen schilderen en schrapen, arbeidsintensief werk dat gevaarlijk is voor mens en milieu. Dus afgelopen herfst vroeg het Tank-automotive and Armaments Command, Armament Research, Development and Engineering Center (TACOM-ARDEC) van het leger in Picatinny Arsenal, NJ een coalitie van onderzoekers van het New Jersey Institute of Technology, Clemson University en de University of Illinois om er iets aan te doen. De opdracht kende hen $ 838.000 toe - en beloofde tot $ 1,5 miljoen meer - om materialen te vinden die zelfherstellende eigenschappen combineren met het vermogen om van kleur te veranderen en structurele schade of veranderingen in de omgeving waar te nemen. Dan Watts, de man die het NJIT-programma leidt, zegt dat hun onderzoek is voortgestuwd door onverwacht snelle vooruitgang in zelfherstellende polymeren en elektronica gemaakt van koolstofnanobuisjes die verder gaan dan het rijk van interessante academische speculatie en economische uitvoerbaarheid benaderen.
De juiste mix vinden
Materiaalonderzoekers zijn al enkele jaren op zoek naar zelfherstellende polymeren die kunnen worden aangebracht op een oppervlak, zoals industriële machines, en die bestand zijn tegen de achteruitgang die in de loop van de tijd optreedt (zie Nano-biomaterialen , TR, november 2002). Maar niemand heeft nog een materiaal gevonden dat zichzelf herhaaldelijk kan herstellen, als een dunne coating kan werken, jarenlang kan worden bewaard en - voor militaire toepassingen - bestand is tegen chemische middelen. Daartoe zocht de Picatinny-groep Nancy Sottos op, een professor in de mechanica aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign. Het laboratorium van Sottos ontwikkelde een epoxy met capsules op micronschaal die barsten wanneer er scheuren ontstaan en ze snel afdichten. ( Klik voor animatie .) De sleutel om er een product van te maken, is de houdbaarheid, zegt Sottos. Op dit moment mengen we ze en breken ze meteen af.
Naast zelfherstellende eigenschappen, moet de ideale slimme coating van het leger ook apparaten op nanoschaal bevatten die corrosie detecteren terwijl het gebeurt - misschien, zegt Watts, door beweging in het materiaal te detecteren.
Om zijn omgeving te voelen, commando's te ontvangen en kleurveranderingen van het ene molecuul naar het andere te verspreiden, hebben de coatings bedrading nodig. Bij Clemson denken onderzoekers dat koolstofnanobuisjes kunnen dienen; ze vullen de buizen met ijzer om rudimentaire circuits te creëren, hoewel het nog steeds onduidelijk is of deze benadering met laag vermogen het kleurengamma kan creëren dat het leger nodig heeft. Terug bij het New Jersey Institute of Technology werken hun medewerkers aan het besturen van de nanobuisjes met elektriciteit, licht en laser, zegt Joseph Argento, plaatsvervanger van het Industrial Ecology Center van het leger in Picatinny.
De samenwerking onderzoekt micro-elektromechanische systemen (MEMS), die elders bij Picatinny worden bestudeerd, hoewel er twijfel bestaat dat de microscopische machines de juiste mix zullen bieden voor slimme coatings. Dat is nog steeds een sexy technologie, zegt Laura Battista, een milieu-ingenieur bij Picatinny die werkt aan slimme coatings. Maar er is momenteel niets van de plank. MEMS kan echter nuttig zijn in schermen die voertuigen onzichtbaar maken voor satellieten, zeggen deze onderzoekers.
Het uiteindelijke doel, zegt Watts, is om een afbeelding van de omgeving van het voertuig op het oppervlak weer te geven. Maar hier is één probleem: om het valse beeld overtuigend te laten opgaan, moet de camera mogelijk in de buurt van de waarnemer worden gemonteerd, in dit geval de vijand. Watts zegt dat het leger genoegen zou kunnen nemen met een op één na beste kameleoneffect dat snel van het ene patroon naar het andere verandert.
Zet een schakelaar om, verf je huis
Slimme coatings zullen toepassingen vinden buiten het leger, zeggen onderzoekers. Watts voorziet in corrosiebestendige auto's die ter plaatse kunnen worden aangepast, programmeerbare reclameborden en van kleur veranderende stoffen. De buitenkant van gebouwen kan met een druk op de knop opnieuw worden ontworpen. Autobedrijven zijn bezig met het ontwikkelen van zelfherstellende bumpers, zegt Argento. Je kunt je voorstellen wat deze coating zou kunnen doen voor gebouwen en bruggen waar je je geen zorgen over hoeft te maken, voegt hij eraan toe.
Ondanks de formidabele hindernissen, streven de onderzoekers ernaar om al in 2005 (hoewel mogelijk pas in 2009) een prototype te produceren als het geld het toelaat. Componenten, zoals zelfherstellende lijmen die niet worden blootgesteld aan de elementen, kunnen eerder aankomen. We bouwen aan een goede, solide technische basis die suggereert dat dit mogelijk moet zijn, zegt Watts. Wat nog onbekend is, is hoe het allemaal zal worden geïntegreerd.