神奇涂层实现“不可能任务”

　　喷气发动机是人类工程史上最令人惊叹的成就之一。然而，一家仪器测试公司“微材料公司”（Micro Materials）的材料研究部主任本‧比克（Ben Beake）指出，喷气发动原本不应该存在。“进去的空气温度高于金属的熔点——这显然不是好事，”他说，这些空气的温度可达 1,000℃以上。

　　喷气发动机的设计师通过在发动机叶片上施加耐热陶瓷涂层来解决这一问题。如今，研究人员正在开发更强的涂层，使发动机能够在更高的温度下运行。

　　“如果能让发动机在更高温下运行，将会大幅节省燃料和二氧化碳排放。”比克博士表示。他估计，仅将温度提高约30℃，就可能节省8%的燃料。

　　比克博士及其同事们的任务是将涂层推向极限，以测试和评估其坚固性和有效性。他的客户并不总能得到他们所希望的测试结果。他回忆起几年前告诉一位导弹制造商，“我们（的测试）破坏了你的涂层。” “他们气冲冲地离开了。”比克博士说。

　　除了将涂层暴露于高温外，微材料公司还拥有一种“啄木鸟”装置，这是一个微小的钻石笔尖，能随机敲击涂层的不同位置以测试其耐久性。

　　最近，该公司与英国的Teer Coatings公司合作，测试一种可应用于卫星组件的产品，包括用于各种运动部件的齿轮和轴承。

　　来自该公司的张小玲（Xiaoling Zhang，音译）表示，因为涂层必须在发射前（当它们暴露于地面的大气湿度时）和在地球轨道上抵抗太空中的尘埃颗粒和辐射，这是一项棘手的任务。不过，她声称该公司已经达到了预期的结果。

　　除了保护太空船，涂层还可以防止宇航员生病。

　　涂层解决生物膜带来麻烦

　　生物膜（Biofilms）是一种在管道内部的黏稠细菌聚集物，它在低重力环境中生长得更快，这可能会给空间站的水源或在未来的太空船上运送液体的机械带来问题。

　　“我们知道生物膜会导致机械故障。”麻省理工学院的克里帕‧瓦拉纳西（Kripa Varanasi）说。“这是我们不希望发生的。”

　　瓦拉纳西教授和他的同事们开发了一系列涂层，使表面光滑，从而抵抗生物膜的形成。在国际空间站进行的一项实验中，证实其中一种涂层的确有效。

　　这种涂层的理念是将固体材料与润滑剂混合，然后喷涂到管道的内部，使得内部表面变得极其光滑。

　　瓦拉纳西教授因开发类似的涂层而受到关注，这些涂层用于牙膏包装的内部，让使用者能够挤出每一滴牙膏。他和他的同事通过他们的衍生公司LiquiGlide将这项技术商业化。

　拥有新一代喷气发动机的战斗机示意图。喷气发动机表面的特殊涂层使其能够承受上千摄氏度的高温。　(Shutterstock)

　　类似不沾锅的涂层

　　滑溜性或许是一种被低估的特性。挪威科技大学的努里亚‧埃斯帕拉加斯及其同事开发了一种基于碳化硅的涂层，专门用于铝的制造或修理设备。

　　这种涂层类似于不粘锅的效果，能防止熔融铝粘附在昂贵的设备上。不过，这种特定涂层的具体运作方式目前仍然有些神秘。

　　“老实说，我们不知道它是如何运作的，它的机制目前仍然未知，”埃斯帕拉加斯教授表示。

　　尽管如此，这种涂层已通过她的衍生公司Seram Coatings商业化。美国的Atlas Machine and Supply公司专门制造和修理工业机械，已经试用了这种涂层。

　　“真正的好处在于延长工具的使用寿命并改善生产产品的质量，”首席创新官杰瑞米‧瑞德伯格说。

　　他指出，没有这种涂层的情况下，Atlas公司每两天就必须重建一次用于加工铝的滚轮工具，这每年花费450万美元。但新的涂层使这些工具的使用寿命延长至一整周，将重建成本削减到每年约130万美元。

　　涂层并不总能解决问题

　　涂层可以实现一些惊人的效果，但并不总是如预期般运作，Safinah Group公司的总经理安迪‧霍普金森指出，这家公司经常被请来调查涂层失效的情况。

　　“我们目前在停车场看到很多问题，它们的被动防火系统正在剥落，”他指的是那些涂抹在混凝土结构外面的防火涂料。

　　而他的公司也发现，应用于商业船舶的涂层并不总是能防止藤壶（barnacles）和其它海洋生物附着在船体上。这个问题被称为生物污损，它会增加摩擦，意味着船舶的引擎必须要努力工作，并消耗更多燃料。

　　尽管有涂层可以帮助解决这些问题，但船主并不总是为他们的船只选择正确的涂层。霍普金森博士表示，这一选择应该取决于船只的航行地点、预计的静止时间而非运行时间等因素。

　　修复这类问题的成本可能高达数千甚至数百万英镑。“通常，涂料的成本占项目总成本的1%到2%。问题是，当它出错时，成本会呈指数增长，”霍普金森先生说。

　　不过，从事这一领域的研究人员指出，仍然存在许多机会来改进现有的涂层，并开发新的涂层，这些新涂层有望在未来显着提升机器或基础设施的性能。