Nanostrukturalne powłoki o lepszych parametrach
Powłoki mogą poprawiać właściwości mechaniczne, optyczne, a nawet aerodynamiczne podzespołów w wielu gałęziach przemysłu. Jednak zmiany w strukturze powierzchniowej mogą znacząco pogorszyć wydajność, a tym samym zwiększyć koszty eksploatacji i konserwacji. Przykładowo, zanieczyszczenia i erozja powierzchni powodują wzrost zużycia paliwa przez samoloty i statki morskie oraz zmniejszają moc turbin wiatrowych. Charakterystyka cech submikronowych wymaga obecnie użycia czasochłonnych i skomplikowanych urządzeń laboratoryjnych. Naukowcy zainicjowali finansowany ze środków UE projekt NATURAL (Standardised metrology of nano-structured coatings with low surface energy) w celu opracowania szybkiej, nieniszczącej metodologii korelującej strukturę powierzchniową w skali nano z wydajnością funkcjonalną w terenie. Technologia ta jest pierwszą generacją norm metrologicznych, odnoszących strukturę do wydajności, umożliwiając ocenę przydatności do celu. Partnerzy projektu opracowali nowe metody profilowania krótkofalowym laserem wysokiej rozdzielczości dla szybkiej charakterystyki chropowatej powierzchni nanoskalowej dużych obszarów. Pomiary nanoskalowe skorelowano z analizą trybologiczną i analizą przepływu płynów w skali makro. Dzięki temu konsorcjum mogło przygotować zalecenia dotyczące nowych norm określających zależność między nanomorfologią powierzchni a wydajnością funkcjonalną, a ostatecznie z przewidywanym okresem eksploatacji. Naukowcy scharakteryzowali dwie różne powłoki, obie z dwuczęściowych poliuretanów, po ich nałożeniu na podłoża z włókna szklanego, aby uzyskać punkt odniesienia. Jedna z nich to komercyjna powłoka wzorcowa, w pełni sformułowana i powszechnie używana przez producentów łopat turbin wiatrowych. Wykorzystuje ona wydajny system żywic, będący standardem branżowym, oraz zawiera szereg wypełniaczy. Drugi (modelowy) system nie posiadał wypełniaczy, aby umożliwić szybsze określenie wpływu nanocząsteczek. W trakcie prac zsyntetyzowano, sfunkcjonalizowano i wprowadzono do powłok szereg nanocząstek. Zespół ukończył projektowanie systemu pomiaru charakterystyki prototypu w skali nano dla nieniszczącej oceny w terenie. Projekt NATURAL przyczynia się do lepszego poznania wpływu nanostruktury na wydajność, a jego nieniszczący system metrologiczny doprowadzi do stworzenia nowych standardów, udoskonalonych powłok oraz będzie wsparciem dla licznych sektorów gospodarki. Jest to możliwe dzięki opracowanym w projekcie ulepszonym technikom osadzania oraz przenośnej aparaturze, ułatwiającym użytkowanie. Do innych zalet systemu należą mniejsze koszty naprawy komponentów oraz ulepszone techniki osadzania pozwalające na znaczącą poprawę jakości powłok. Efektem będzie obniżenie rachunków za energię. Większa wydajność oznacza natomiast ograniczenie zanieczyszczeń dzięki uniezależnieniu od produkcji energii nieodnawialnej.
Słowa kluczowe
Powłoki nanostrukturalne, NATURAL, metrologia, profilowanie laserowe, nanocząstka
