【2024年12月09日訊】（記者薛止墨編譯報導）噴氣發動機是人類工程史上最令人驚歎的成就之一。然而，一家儀器測試公司「微材料公司」（Micro Materials）的材料研究部主任本‧比克（Ben Beake）指出，噴氣發動原本不應該存在。「進去的空氣溫度高於金屬的熔點——這顯然不是好事，」他說，這些空氣的溫度可達 1,000℃以上。
噴氣發動機的設計師通過在發動機葉片上施加耐熱陶瓷塗層來解決這一問題。如今，研究人員正在開發更強的塗層，使發動機能夠在更高的溫度下運行。
「如果能讓發動機在更高溫下運行，將會大幅節省燃料和二氧化碳排放。」比克博士表示。他估計，僅將溫度提高約30℃，就可能節省8%的燃料。
這就是塗層的優勢，它們徹底改變了在其保護下的材料的性能。雖然很少有人意識到它們的重要性，但這些覆蓋層和薄膜能為高性能機器提供強大支持，及確保昂貴設備在惡劣環境中正常運行。
比克博士及其同事們的任務是將塗層推向極限，以測試和評估其堅固性和有效性。他的客戶並不總能得到他們所希望的測試結果。他回憶起幾年前告訴一位導彈製造商，「我們（的測試）破壞了你的塗層。」 「他們氣沖沖地離開了。」比克博士說。
除了將塗層暴露於高溫外，微材料公司還擁有一種「啄木鳥」裝置，這是一個微小的鑽石筆尖，能隨機敲擊塗層的不同位置以測試其耐久性。
最近，該公司與英國的Teer Coatings公司合作，測試一種可應用於衛星組件的產品，包括用於各種運動部件的齒輪和軸承。
來自該公司的張小玲（Xiaoling Zhang，音譯）表示，因為塗層必須在發射前（當它們暴露於地面的大氣濕度時）和在地球軌道上抵抗太空中的塵埃顆粒和輻射，這是一項棘手的任務。不過，她聲稱該公司已經達到了預期的結果。
除了保護太空船，塗層還可以防止宇航員生病。
塗層解決生物膜帶來麻煩
生物膜（Biofilms）是一種在管道內部的黏稠細菌聚集物，它在低重力環境中生長得更快，這可能會給空間站的水源或在未來的太空船上運送液體的機械帶來問題。
「我們知道生物膜會導致機械故障。」麻省理工學院的克里帕‧瓦拉納西（Kripa Varanasi）說。「這是我們不希望發生的。」
瓦拉納西教授和他的同事們開發了一系列塗層，使表面光滑，從而抵抗生物膜的形成。在國際空間站進行的一項實驗中，證實其中一種塗層的確有效。
這種塗層的理念是將固體材料與潤滑劑混合，然後噴塗到管道的內部，使得內部表面變得極其光滑。
瓦拉納西教授因開發類似的塗層而受到關注，這些塗層用於牙膏包裝的內部，讓使用者能夠擠出每一滴牙膏。他和他的同事通過他們的衍生公司LiquiGlide將這項技術商業化。
類似不沾鍋的塗層
滑溜性或許是一種被低估的特性。挪威科技大學的努里亞‧埃斯帕拉加斯及其同事開發了一種基於碳化矽的塗層，專門用於鋁的製造或修理設備。
這種塗層類似於不粘鍋的效果，能防止熔融鋁粘附在昂貴的設備上。不過，這種特定塗層的具體運作方式目前仍然有些神祕。
「老實說，我們不知道它是如何運作的，它的機制目前仍然未知，」埃斯帕拉加斯教授表示。
儘管如此，這種塗層已通過她的衍生公司Seram Coatings商業化。美國的Atlas Machine and Supply公司專門製造和修理工業機械，已經試用了這種塗層。
「真正的好處在於延長工具的使用壽命並改善生產產品的質量，」首席創新官傑瑞米‧瑞德伯格說。
他指出，沒有這種塗層的情況下，Atlas公司每兩天就必須重建一次用於加工鋁的滾輪工具，這每年花費450萬美元。但新的塗層使這些工具的使用壽命延長至一整週，將重建成本削減到每年約130萬美元。
塗層並不總能解決問題
塗層可以實現一些驚人的效果，但並不總是如預期般運作，Safinah Group公司的總經理安迪‧霍普金森指出，這家公司經常被請來調查塗層失效的情況。
「我們目前在停車場看到很多問題，它們的被動防火系統正在剝落，」他指的是那些塗抹在混凝土結構外面的防火塗料。
而他的公司也發現，應用於商業船舶的塗層並不總是能防止藤壺（barnacles）和其它海洋生物附著在船體上。這個問題被稱為生物污損，它會增加摩擦，意味著船舶的引擎必須要努力工作，並消耗更多燃料。
儘管有塗層可以幫助解決這些問題，但船主並不總是為他們的船隻選擇正確的塗層。霍普金森博士表示，這一選擇應該取決於船隻的航行地點、預計的靜止時間而非運行時間等因素。
修復這類問題的成本可能高達數千甚至數百萬英鎊。「通常，塗料的成本占項目總成本的1%到2%。問題是，當它出錯時，成本會呈指數增長，」霍普金森先生說。
不過，從事這一領域的研究人員指出，仍然存在許多機會來改進現有的塗層，並開發新的塗層，這些新塗層有望在未來顯著提升機器或基礎設施的性能。◇#
